Liposomen zijn misschien wel de onbezongen helden van de COVID-19-pandemie. Zonder de bescherming van deze microscopisch kleine blaasjes zouden de delicate strengen boodschapper-RNA (mRNA) die de kern vormen van de Pfizer- en Moderna COVID-19-vaccins snel worden vernietigd door enzymen in het lichaam, waardoor het bijna onmogelijk wordt voor hun genetische instructies om de binnenkant van menselijke cellen bereiken.

Maar vaccinafgifte is niet de enige manier waarop deze deeltjes kunnen worden gebruikt in de strijd tegen COVID-19. In een nieuwe studie bevestigde een team van ingenieurs van de University of California, Berkeley, SARS-CoV-2 "spike" -eiwitten aan het oppervlak van liposomen, waardoor in het laboratorium gemaakte nabootsingen werden gemaakt van het dodelijke virus dat de onderzoekers "spike-liposomen" noemen. ." Deze spike-lipsomen kunnen worden gebruikt om de werkzaamheid te testen van neutraliserende antilichamen die mogelijk kunnen worden gebruikt om COVID-19-patiënten te behandelen.

De studie laat ook zien hoe een nieuwe DNA-patroontechniek, vorig jaar door het team ontwikkeld, wetenschappers kan helpen bij het snel karakteriseren en uitvoeren van experimenten op verschillende soorten liposomen, en hun neven, lipidenanodeeltjes.

"Lipidenanodeeltjes zijn echt relevant voor een aantal biomedische toepassingen:ze worden al tientallen jaren gebruikt bij het afleveren van medicijnen en ze kunnen ook dienen als modellen van virussen met membranen aan de buitenkant, inclusief coronavirussen", zegt hoofdauteur Molly Kozminsky. , een postdoctoraal onderzoeker in het Sohn Research Lab van UC Berkeley. "We hebben deze spike-liposomen eigenlijk ontwikkeld omdat we een nieuwe diagnostische methode voor COVID-19 wilden testen die we in het laboratorium aan het ontwikkelen waren. Maar eerst hadden we een manier nodig om te valideren dat deze deeltjes het SARS-CoV-2 spike-eiwit vertoonden correct, en we realiseerden ons dat onze DNA-patroontechniek ons ​​in staat zou stellen om dit en andere opwindende experimenten op een zeer efficiënte manier te doen."

Liposomen zijn kleine, bolvormige vaten die zijn opgebouwd uit lipidemembranen die erg lijken op de membranen die de meeste biologische cellen omsluiten. En op dezelfde manier waarop de membranen van biologische cellen bezaaid zijn met een verscheidenheid aan eiwitten die de cel helpen om te interageren met de buitenwereld, hebben onderzoekers geleerd om verschillende soorten eiwitten aan de membranen van liposomen te hechten, waardoor de deeltjes verschillende functies krijgen en vaardigheden.

De opwinding over liposomen was het meest uitgesproken in de farmaceutische industrie, waar medicijnmakers hebben geëxperimenteerd met het uitrusten van liposomen met eiwitten die alleen interageren met zeer specifieke cellen in het lichaam, waardoor ze de afgifte van medicijnmoleculen alleen naar de weefsels kunnen richten waar ze nodig zijn. Zoals Kozminsky aangeeft, kunnen liposomen ook worden gebruikt om eenvoudige modellen van virussen en andere pathogenen met lipidemembranen te maken, waaronder SARS-CoV-2.

Onderzoekers moeten echter eerst verifiëren dat de liposoomeiwitten goed kunnen interageren met hun omgeving. Het SARS-CoV-2-spike-eiwit bindt zich bijvoorbeeld met eiwitten op menselijke cellen die de ACE2-receptoren worden genoemd, waardoor een reeks gebeurtenissen wordt geactiveerd waardoor het virus met de cel kan fuseren.

"Voor de spike-liposomen wilden we ervoor zorgen dat het spike-eiwit dat we op het oppervlak van het liposoom aanbrachten in de juiste configuratie was, zodat het aan ACE2-receptoren kan binden," zei Kozminsky. "Als dat het geval was, zou de manier waarop deze spike-liposomen worden geformuleerd waarschijnlijk ook modelleren voor de manier waarop het SARS-CoV-2-virus-spike-eiwit interageert met cellen, antilichamen en andere eiwitten."

Kozminsky realiseerde zich dat de DNA-printtechniek, die oorspronkelijk door het Sohn Lab was ontwikkeld om verschillende soorten cellen te "printen" in patronen die biologische weefsels modelleren, ook kan worden gebruikt om snel te verifiëren dat de spike-liposomen de SARS-CoV vertoonden -2 spike-eiwit correct.

"We wisten dat we eerst de liposomen moesten testen, en toen we keken naar alle manieren waarop we de liposomen moesten valideren, ontdekten we dat de technieken enigszins moeizaam waren," zei Kozminsky. "We realiseerden ons hoeveel gemakkelijker het zou zijn om onze DNA-gestuurde printtechnologie te gebruiken."

Om het experiment uit te voeren, drukte Kozminsky de spike-liposomen op een glaasje en tagde ze vervolgens met een groen fluorescerend eiwit. Vervolgens waste ze het glaasje met ACE2-receptoreiwitten die waren gelabeld met een rood fluorescerend eiwit. Toen ze het objectglaasje in beeld bracht, ontdekte ze dat het meeste rood opgloeide, wat aangeeft dat de ACE2-receptoreiwitten zich aan de spike-liposomen op het objectglaasje binden. Kozminsky herhaalde vervolgens het experiment met cellen die de ACE2-receptor tot expressie brengen, wat aantoont dat ook zij in staat waren te binden met de spike-liposomen.

Om te laten zien hoe de spike-liposomen kunnen worden gebruikt om de effectiviteit van COVID-19-behandelingen te testen, heeft Kozminsky twee verschillende soorten spike-liposomen gemaakt, die elk een andere variant van het SARS-CoV-2 spike-eiwit vertonen. Nadat ze DNA-printing had gebruikt om deze op microscoopglaasjes te modelleren, waste ze de objectglaasjes met drie verschillende soorten in de handel verkrijgbare neutraliserende antilichamen tegen varianten van het SARS-CoV-2-spike-eiwit. Ze testte vervolgens of de aanwezigheid van deze neutraliserende antilichamen met succes verhinderde dat de ACE2-receptoreiwitten zich aan de spike-liposomen binden, en ontdekte dat de resultaten consistent waren met die gerapporteerd door de antilichaamfabrikanten.

"Wat echt cool is aan deze techniek, is dat het een zeer hoge doorvoer heeft, wat betekent dat je experimenten kunt uitvoeren met veel verschillende combinaties van liposomen tegelijk", zei senior auteur Lydia Sohn, de Almy C. Maynard en Agnes Offield Maynard Chair. in werktuigbouwkunde aan UC Berkeley. Geneesmiddelenbedrijven zouden deze techniek bijvoorbeeld kunnen gebruiken om heel snel te testen welke antilichamen het meest effectief werken tegen een bepaalde variant van SARS-CoV-2. Of het kan worden gebruikt om nieuwe eiwitten te screenen voor gerichte medicijnafgifte, om zeker dat dat eiwit zich op bepaalde celtypes in het lichaam richt. Het voegt echt een nieuwe strategie toe om dit virus te bestrijden." + Verder verkennen

Onderzoekers demonstreren vaccinatiebenadering bij muizen die toekomstige uitbraken van coronavirus kunnen voorkomen