Rendu de dessin animé de Nanotrap liant le SARS-CoV-2. Nanotrap est représenté avec un noyau jaune, coquille verte de phospholipide, et des particules fonctionnalisées rouges pour lier le virus (soit ACE2 ou Neutralizing Antibody). Les enveloppes de protéines virales sont représentées en gris, et sont décorés de la protéine Spike (vert) et de la glycoprotéine (rouge). Crédit :Huang Lab
Des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) de l'Université de Chicago ont conçu un traitement potentiel complètement nouveau pour COVID-19 :des nanoparticules qui capturent les virus du SRAS-CoV-2 dans le corps, puis utilisent le propre système immunitaire du corps pour détruire ce.
Ces "Nanotraps" attirent le virus en imitant les cellules cibles que le virus infecte. Lorsque le virus se lie aux Nanotraps, les pièges séquestrent ensuite le virus des autres cellules et le ciblent pour être détruit par le système immunitaire.
En théorie, ces Nanotraps pourraient également être utilisés sur des variants du virus, conduisant à une nouvelle façon potentielle d'inhiber le virus à l'avenir. Bien que la thérapie en reste aux premiers stades des tests, les chercheurs envisagent qu'il pourrait être administré via un spray nasal comme traitement pour COVID-19.
Les résultats ont été publiés le 19 avril dans la revue Question .
« Depuis le début de la pandémie, notre équipe de recherche a développé cette nouvelle façon de traiter le COVID-19, " a déclaré le professeur adjoint Jun Huang, dont le laboratoire a mené la recherche. "Nous avons effectué des tests rigoureux pour prouver que ces Nanotraps fonctionnent, et nous sommes enthousiasmés par leur potentiel."
Concevoir le piège parfait
Pour concevoir le Nanotrap, l'équipe de recherche, dirigée par le chercheur postdoctoral Min Chen et l'étudiante diplômée Jill Rosenberg, a examiné le mécanisme utilisé par le SRAS-CoV-2 pour se lier aux cellules :une protéine en forme de pointe à sa surface qui se lie à la protéine du récepteur ACE2 d'une cellule humaine.
Pour créer un piège qui se lierait au virus de la même manière, ils ont conçu des nanoparticules avec une haute densité de protéines ACE2 à leur surface. De la même manière, ils ont conçu d'autres nanoparticules avec des anticorps neutralisants sur leurs surfaces. (Ces anticorps sont créés à l'intérieur du corps lorsqu'une personne est infectée et sont conçus pour s'accrocher au coronavirus de diverses manières).
Les protéines ACE2 et les anticorps neutralisants ont été utilisés dans les traitements du COVID-19, mais en les attachant à des nanoparticules, les chercheurs ont créé un système encore plus robuste pour piéger et éliminer le virus.
Fabriqué à partir de polymères et de phospholipides approuvés par la FDA, les nanoparticules ont un diamètre d'environ 500 nanomètres, bien plus petit qu'une cellule. Cela signifie que les Nanotraps peuvent atteindre plus de zones à l'intérieur du corps et piéger plus efficacement le virus.
Image au microscope électronique à balayage (MEB) du virus SARS-CoV-2 pseudotypé liant Nanotrap (orange) (cyan). Crédit :Huang Lab
Les chercheurs ont testé la sécurité du système dans un modèle murin et n'ont trouvé aucune toxicité. Ils ont ensuite testé les Nanotraps contre un pseudovirus - un modèle moins puissant d'un virus qui ne se réplique pas - dans des cellules pulmonaires humaines dans des plaques de culture tissulaire et ont découvert qu'ils bloquaient complètement l'entrée dans les cellules.
Une fois que le pseudovirus s'est lié à la nanoparticule, ce qui, dans les tests, a pris environ 10 minutes après l'injection, les nanoparticules ont utilisé une molécule qui appelle les macrophages du corps pour engloutir et dégrader le Nanotrap. Les macrophages mangent généralement des nanoparticules dans le corps, mais la molécule Nanotrap accélère le processus. Les nanoparticules ont été nettoyées et dégradées en 48 heures.
Les chercheurs ont également testé les nanoparticules avec un pseudovirus dans un système de perfusion pulmonaire ex vivo - une paire de poumons donnés qui sont maintenus en vie avec un ventilateur - et ont découvert qu'elles bloquaient complètement l'infection dans les poumons.
Ils ont également collaboré avec des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne pour tester les Nanotraps avec un virus vivant (plutôt qu'un pseudovirus) dans un système in vitro. Ils ont découvert que leur système inhibait le virus 10 fois mieux que les anticorps neutralisants ou l'ACE2 soluble seul.
Un futur traitement potentiel pour COVID-19 et au-delà
Ensuite, les chercheurs espèrent tester davantage le système, y compris plus de tests avec un virus vivant et sur les nombreuses variantes du virus.
"C'est ce qui est si puissant à propos de ce Nanotrap, " a déclaré Rosenberg. " C'est facilement modulable. Nous pouvons remplacer différents anticorps ou protéines ou cibler différentes cellules immunitaires, en fonction de ce dont nous avons besoin avec de nouvelles variantes."
Les Nanotraps peuvent être conservés dans un congélateur standard et pourraient finalement être administrés via un spray intranasal, ce qui les placerait directement dans le système respiratoire et les rendrait les plus efficaces.
Les chercheurs disent qu'il est également possible de servir de vaccin en optimisant la formulation Nanotrap, créant un système thérapeutique ultime pour le virus.
"C'est le point de départ, " Huang a déclaré. "Nous voulons faire quelque chose pour aider le monde."
La recherche a impliqué des collaborateurs de tous les départements, y compris la chimie, la biologie, et médecine.
