در مطالعه اخیر منتشر شده در مجله علوم پیشرفتهمحققان نانوذرات حک شده مولکولی (nanoMIPs) با فعالیت وسیع الطیف علیه ویروس های کشنده تولید کردند.
مطالعه: توسعه منطقی نانوذرات پرظرفیت اتصال به سپر گلیکان با مهار طیف گسترده در برابر ویروس‌های کشنده از جمله انواع SARS-CoV-2. اعتبار تصویر: Kateryna Kon / Shutterstock
بیماری های عفونی ویروسی یک تهدید عمیق برای انسان است. شیوع اخیر بیماری کروناویروس 2019 (COVID-19) سلامت عمومی، اقتصاد و توسعه اجتماعی جهانی را به شدت تهدید کرده است. علی‌رغم توسعه استراتژی‌های پیشگیری و درمانی متعدد، پروفایل‌های آنتی ژنی ویروسی که به سرعت در حال تغییر هستند، چالش‌های مهمی را ارائه می‌کنند، همانطور که انواع جهش‌یافته سندرم حاد تنفسی شدید کروناویروس 2 (SARS-CoV-2) نمونه‌ای از آن است. بنابراین، بازدارنده های طیف گسترده ویروس ها بسیار تضمین شده است.
گلیکوزیلاسیون، اصلاح جهانی پس از ترجمه، نقش های بسیار مهمی ایفا می کند. چندین ویروس برای استفاده از ماشین‌های ترجمه میزبان تکامل یافته‌اند تا پروتئین‌های خود را با گلیکان‌های «خود» اصلاح کنند و در نتیجه پاکت‌های ویروسی بسیار گلیکوزیله شده‌اند. این پروتئین‌های گلیکوزیله از سطوح ایمنی‌زا با غلاف متراکمی از گلیکان‌های مشتق شده از میزبان محافظت می‌کنند و در نتیجه فرار سیستم ایمنی را تسهیل می‌کنند.
پلیمرهای حک شده مولکولی (MIPs)، که به عنوان آنتی بادی های پلاستیکی/مصنوعی نیز شناخته می شوند، گیرنده های مصنوعی با آنتی بادی هایی هستند که اتصال آنتی بادی از طریق کوپلیمریزاسیون در حضور قالب ها را تقلید می کنند. به دلیل سهولت آماده سازی، پایداری ذخیره سازی و کارایی هزینه، MIP ها پتانسیلی برای کاربردهای مختلف مانند تشخیص، درمان سرطان، شناسایی ویروس و خنثی سازی سم را نشان می دهند. MIP ها علیه ویروس ها ساخته شده اند، اما هیچ کدام با فعالیت وسیع الطیف نیستند.
مطالعه و یافته ها
در مطالعه حاضر، محققان در چین نانوMIPهای اتصال سپر گلیکان را با فعالیت گسترده و قوی در برابر ویروس‌های حامل گلیکان با مانوز بالا توسعه دادند. نانوMIP ها از طریق روش چاپ و روکش سطحی اپی توپ محور محصور شده با میکروامولسیون معکوس (ROSIC) سنتز شدند. به همین ترتیب، نانوذرات بدون چاپ (NIPs) نیز با استفاده از همان روش بدون الگو سنتز شدند.
نانوMIPهای حاصل دارای مورفولوژی کروی کاملاً مشخص با قطر متوسط 39.5 نانومتر بودند. جذب ویژه مانوز توسط nanoMIPs به طور قابل توجهی بالا بود. نکته قابل توجه، نانوMIPها عملکرد بهتری نسبت به برخی لکتین‌های اتصال مانوز داشتند. نانوMIP ها فعالیت اتصالی کمی به پروتئین های غیر گلیکوزیله نشان دادند. هر نانوMIP قادر به اتصال بیش از 50 گلیکان با مانوز بالا بود.
نویسندگان سپس اتصال و سینتیک نانوMIPها به پروتئین‌هایی با گلیکان‌های مانوز بالا را با استفاده از تداخل سنجی بی‌لایه مورد مطالعه قرار دادند. ابتدا RNase B به عنوان پروتئین هدف و ثابت تفکیک (Kد) 1.3 در 10 بود-6 M، دو تا سه مرتبه قدر نسبت به K بهبود یافتد از مانوز Kد برای SARS-CoV-2 پروتئین S1 5.3 x 10 بود-7 M. در مقابل، NIP ها به RNase یا SARS-CoV-2 S1 متصل نشدند.
علاوه بر این، محققان دریافتند که اتصال nanoMIPs به شبه ویروس SARS-CoV-2 با سه مرتبه بزرگی نسبت به پروتئین SARS-CoV-2 S1 افزایش یافته است، که نشان می‌دهد نانوMIPها می‌توانند ویریون‌ها را با علاقه بالا متصل کنند. سپس، نویسندگان اتصال رقابتی nanoMIPs با آنزیم مبدل آنژیوتانسین 2 (ACE2) را در سطوح پروتئین و شبه ویروس ارزیابی کردند. در سطح پروتئین، اتصال ACE2 به SARS-CoV-2 S1 حتی در غلظت های بالای ACE2 (تا 200 نانومولار) مشاهده نشد.
تصویری از مهار ویروس توسط nanoMIP ضد مانوز بالا.
در سطح شبه ویروس، اتصال ACE2 (به شبه ویروس) با افزایش غلظت نانوMIPها با مهار کامل در 100 میکروگرم بر میلی‌لیتر کاهش یافت. در یک سنجش خنثی سازی شبه ویروس، نانوMIP ها 90.2 درصد مهار ذرات شبه ویروسی SARS-CoV-2 نوع وحشی را نشان دادند. به طور مشابه، اثر مهاری بالایی در مورد شبه ویروس‌های جهش یافته SARS-CoV-2 که دارای جهش‌های N439K، N501Y، D614G، یا Δ69-70 و گونه‌های SARS-CoV-2 Delta و Omicron هستند، مشاهده شد.
نانوMIP ها 95.5 درصد از شبه ذرات ویروس کمند و 97.2 درصد از شبه ویروس های HIV را مهار کردند و از فعالیت طیف گسترده نانوMIP ها در برابر ویروس کمند، HIV و SARS-CoV-2 و انواع جهش یافته آن حمایت کردند. شبه ویروس‌های SARS-CoV-2 که با نانوMIPها درمان می‌شوند، در خوشه‌هایی با تنها چند شبه ذره در خارج از خوشه‌ها تجمع کردند. علاوه بر این، شبه ویروس‌های SARS-CoV-2 برچسب‌گذاری شده با نشانگرهای فلورسنت با nanoMIP تیمار شدند و با سلول‌های میزبان انکوبه شدند.
مهار قوی ویروس های زنده الف، ب) بار RNA ویروس SARS-CoV-2 معتبر (نوع وحشی و دلتا) در 3 روز پس از آلودگی از سلول‌های Vero تیمار شده با غلظت‌های مختلف nanoMIP. میانگین ± SD، n = 3. c-f) تصاویر اثر سیتوپاتیک (CPE) سلول های Vero تیمار شده با nanoMIP (800 میکروگرم در میلی لیتر)-1NIP (800 میکروگرم در میلی لیتر).-1و MBL (10 میکروگرم در میلی لیتر).-1) تحت عفونت SARS-CoV-2 زنده به مدت 3 روز.
تصاویر فلورسانس نشان داد که نانوMIP ها می توانند ویریون ها را به طور موثر پیوند متقابل ایجاد کنند و در اطراف غشای سلول میزبان تجمع کنند. توده‌های شبه‌ویروس‌های ناشی از نانوMIP از اندازه زیر میکرون تا میکرون بودند. آزمایش‌های بیشتر نشان داد که توده‌های شبه ویروس القا شده با nanoMIP می‌توانند فاگوسیتوز را افزایش دهند، ایمنی ذاتی را فعال کنند و غیرفعال‌سازی ویروسی را تسهیل کنند.
در نهایت، محققان قدرت نانوMIP ها را برای خنثی کردن SARS-CoV-2 نوع وحشی معتبر و نوع دلتا ارزیابی کردند. NanoMIP ها عفونت سلول های Vero را با SARS-CoV-2 معتبر (نوع وحشی و نوع دلتا) سرکوب کردند. بار RNA ویروسی با افزایش غلظت nanoMIP برای هر دو نوع وحشی و نوع دلتا کاهش یافت. اثر سیتوپاتیک (CPE) کم/بدون اثر سیتوپاتیک با درمان nanoMIP در مقابل CPE آشکار با درمان با NIPs یا لکتین‌های متصل به مانوز وجود داشت.
نتیجه گیری
به طور خلاصه، محققان آنتی بادی های مصنوعی متصل شونده به سپر گلیکان را با قدرت و وسعت بالا در برابر چندین ویروس توسعه دادند. اشتیاق اتصال بالا، مانع فضایی، و ساختار سفت و سخت نانوMIPs به طور موثر برهمکنش بین سلول های میزبان و ذرات ویروسی را مسدود می کند. NanoMIPs با اتصال همزمان به چندین ویریون، تجمع ویروسی را القا کردند، ورود ویروس به سلول‌های میزبان را مهار کردند و فاگوسیتوز را تسهیل کردند.
با توجه به توانایی های مسدود کننده و اتصال متقابل، نانوMIP های پر ظرفیتی یک استراتژی منحصر به فرد برای فعالیت بازدارنده قوی و وسیع الطیف علیه ویروس های مختلف ارائه می دهند که از آنتی ژن ها/اپی توپ ها به سپرهای گلیکان ویروس ها تغییر می کند و در نتیجه چالش های مرتبط با تنوع ویروسی و جهش ها را دور می زند. .