Les chercheurs ont préparé plusieurs concentrations différentes de nanoéponges en solution pour tester contre le nouveau coronavirus. Pour tester la capacité des nanoéponges à bloquer l'infectiosité du SARS-CoV-2, les chercheurs de l'UC San Diego se sont tournés vers une équipe des laboratoires nationaux des maladies infectieuses émergentes (NEIDL) de l'Université de Boston pour effectuer des tests indépendants. Dans ce laboratoire BSL-4 - le niveau de biosécurité le plus élevé pour un centre de recherche - les chercheurs, dirigé par Anthony Griffiths, professeur agrégé de microbiologie à la Boston University School of Medicine, testé la capacité de différentes concentrations de chaque type de nanoéponge à réduire l'infectiosité du virus vivant du SRAS-CoV-2, les mêmes souches qui sont testées dans d'autres recherches thérapeutiques et vaccinales COVID-19.

A une concentration de 5 milligrammes par millilitre, les éponges recouvertes de membranes cellulaires pulmonaires ont inhibé 93 % de l'infectivité virale du SRAS-CoV-2. Les éponges recouvertes de macrophages ont inhibé 88 % de l'infectivité virale du SRAS-CoV-2. L'infectivité virale est une mesure de la capacité du virus à pénétrer dans la cellule hôte et à exploiter ses ressources pour se répliquer et produire des particules virales infectieuses supplémentaires.

« Du point de vue d'un immunologiste et d'un virologue, la plate-forme nanosponge a immédiatement séduit en tant qu'antiviral potentiel en raison de sa capacité à lutter contre les virus de toutes sortes. Cela signifie que contrairement à un médicament ou un anticorps qui pourrait bloquer très spécifiquement l'infection ou la réplication du SRAS-CoV-2, ces nanoéponges de la membrane cellulaire pourraient fonctionner de manière plus holistique dans le traitement d'un large éventail de maladies infectieuses virales. J'étais optimiste au départ quant à son efficacité, puis ravi une fois que j'ai vu les résultats et que j'ai compris ce que cela pourrait signifier pour le développement thérapeutique dans son ensemble, " dit Anna Honko, un co-premier auteur de l'article et professeur agrégé de recherche, Microbiologie au National Emerging Infectious Diseases Laboratories (NEIDL) de l'Université de Boston.

Dans les prochains mois, les chercheurs et collaborateurs de l'UC San Diego évalueront l'efficacité des nanoéponges dans des modèles animaux. L'équipe de l'UC San Diego a déjà montré une sécurité à court terme dans les voies respiratoires et les poumons des souris. Si et quand ces nanoéponges COVID-19 seront testées chez l'homme dépend de divers facteurs, mais les chercheurs avancent aussi vite que possible.

"Un autre aspect intéressant de notre approche est que même lorsque le SARS-CoV-2 mute, tant que le virus peut encore envahir les cellules que nous imitons, notre approche nanoéponge devrait toujours fonctionner. Je ne suis pas sûr que cela puisse être dit pour certains des vaccins et traitements actuellement en cours de développement, " dit Zhang.

Les chercheurs s'attendent également à ce que ces nanoéponges fonctionnent contre tout nouveau coronavirus ou même d'autres virus respiratoires, y compris tout virus qui pourrait déclencher la prochaine pandémie respiratoire.

Imiter les cellules épithéliales pulmonaires et les cellules immunitaires

Étant donné que le nouveau coronavirus infecte souvent les cellules épithéliales pulmonaires comme première étape de l'infection au COVID-19, Zhang et ses collègues ont estimé qu'il serait logique de masquer une nanoparticule dans des fragments des membranes externes des cellules épithéliales pulmonaires pour voir si le virus pouvait être amené à s'y accrocher au lieu d'une cellule pulmonaire.

Macrophages, qui sont des globules blancs qui jouent un rôle majeur dans l'inflammation, sont également très actifs dans les poumons au cours d'une maladie COVID-19, alors Zhang et ses collègues ont créé une deuxième éponge recouverte d'une membrane macrophage.

L'équipe de recherche prévoit d'étudier si les éponges macrophages ont également la capacité de calmer les tempêtes de cytokines chez les patients COVID-19.

"Nous verrons si les nanoéponges macrophages peuvent neutraliser la quantité excessive de ces cytokines ainsi que neutraliser le virus, " dit Zhang.

L'utilisation de fragments de cellules macrophages comme capes s'appuie sur des années de travail pour développer des thérapies contre la septicémie à l'aide de nanoéponges macrophages.

Dans un article publié en 2017 dans Actes de l'Académie nationale des sciences , Zhang et une équipe de chercheurs de l'UC San Diego ont montré que les nanoéponges macrophages peuvent neutraliser en toute sécurité à la fois les endotoxines et les cytokines pro-inflammatoires dans le sang des souris. Une société de biotechnologie de San Diego cofondée par Zhang et appelée Cellics Therapeutics travaille à la traduction de cette nanoéponge macrophage. travailler dans la clinique.

Un potentiel thérapeutique COVID-19La plateforme de nanoéponge COVID-19 a des tests importants devant elle avant que les scientifiques sachent s'il s'agirait d'une thérapie sûre et efficace contre le virus chez l'homme, Zhang a mis en garde. Mais si les éponges atteignent le stade des essais cliniques, il existe plusieurs façons potentielles d'administrer le traitement, notamment l'administration directe dans les poumons pour les patients intubés, via un inhalateur comme pour les patients asthmatiques, ou par voie intraveineuse, en particulier pour traiter la complication de la tempête de cytokines.

Une dose thérapeutique de nanoéponges pourrait inonder les poumons d'un billion ou plus de nanoéponges minuscules qui pourraient éloigner le virus des cellules saines. Une fois que le virus se lie avec une éponge, "il perd sa viabilité et n'est plus infectieux, et sera absorbé par nos propres cellules immunitaires et digéré, " dit Zhang.

"Je vois un potentiel pour un traitement préventif, pour une thérapeutique qui pourrait être administrée tôt car une fois que les nanoéponges pénètrent dans le poumon, ils peuvent rester dans les poumons pendant un certain temps, " dit Zhang. " Si un virus arrive, il pourrait être bloqué s'il y a des nanoéponges qui l'attendent."

Dynamisme croissant pour les nanoéponges

Le laboratoire de Zhang à l'UC San Diego a créé les premières nanoparticules recouvertes d'une membrane il y a plus de dix ans. La première de ces nanoéponges était recouverte de fragments de membranes de globules rouges. Ces nanoéponges sont développées pour traiter la pneumonie bactérienne et ont subi toutes les étapes des tests précliniques par Cellics Therapeutics, la startup de San Diego cofondée par Zhang. La société est actuellement en train de soumettre la demande de nouveau médicament expérimental (IND) à la FDA pour son candidat principal :les nanoéponges de globules rouges pour le traitement de la pneumonie à staphylocoque doré résistant à la méthicilline (SARM). La société estime que les premiers patients d'un essai clinique seront dosés l'année prochaine.

Les chercheurs de l'UC San Diego ont également montré que les nanoéponges peuvent administrer des médicaments à un site de plaie; absorber les toxines bactériennes qui déclenchent la septicémie ; et intercepter le VIH avant qu'il ne puisse infecter les cellules T humaines.

La construction de base de chacune de ces nanoéponges est la même :une matière biodégradable, Le noyau en polymère approuvé par la FDA est recouvert d'un type spécifique de membrane cellulaire, afin qu'il puisse être déguisé en globule rouge, ou une cellule T immunitaire ou une cellule plaquettaire. Le camouflage empêche le système immunitaire de repérer et d'attaquer les particules en tant qu'envahisseurs dangereux.

"Je considère les fragments de membrane cellulaire comme les ingrédients actifs. C'est une façon différente d'envisager le développement de médicaments, ", a déclaré Zhang. "Pour COVID-19, J'espère que d'autres équipes proposeront des thérapies et des vaccins sûrs et efficaces dès que possible. À la fois, nous travaillons et planifions comme si le monde comptait sur nous."