Les ingénieurs de l'UC Berkeley ont attaché des protéines «spike» du SARS-CoV-2 à la surface des liposomes, créant des imitations en laboratoire du virus mortel appelé «spike-liposomes», qui, lorsqu'il est associé à une nouvelle technique de structuration de l'ADN, pourrait permettre une efficacité tests de thérapies par anticorps. Cette image au microscope de leur technique montre que le mélange de spike-liposomes (en haut à droite, étiqueté avec une protéine fluorescente verte) avec le récepteur ACE2 (en bas en rouge, étiqueté avec une protéine fluorescente rouge), donne un composite des deux protéines (à gauche), indiquant que leur les spike-liposomes se lient au récepteur ACE2 de la même manière que le virus SARS-CoV-2. Crédit :Molly Kozminsky
Les liposomes pourraient être les héros méconnus de la pandémie de COVID-19. Sans la protection de ces vésicules microscopiques, les brins délicats d'ARN messager (ARNm) qui se trouvent au cœur des vaccins Pfizer et Moderna COVID-19 seraient rapidement détruits par les enzymes du corps, rendant presque impossible la transmission de leurs instructions génétiques. atteindre l'intérieur des cellules humaines.
Mais l'administration de vaccins n'est pas le seul moyen d'utiliser ces particules dans la lutte contre le COVID-19. Dans une nouvelle étude, une équipe d'ingénieurs de l'Université de Californie à Berkeley, a attaché des protéines "spike" du SRAS-CoV-2 à la surface des liposomes, créant des imitations en laboratoire du virus mortel que les chercheurs appellent "spike-liposomes". ." Ces spike-lipsomes peuvent être utilisés pour tester l'efficacité des anticorps neutralisants qui pourraient potentiellement être utilisés pour traiter les patients atteints de COVID-19.
L'étude démontre également comment une nouvelle technique de structuration de l'ADN, développée par l'équipe l'année dernière, peut aider les scientifiques à caractériser rapidement et à mener des expériences sur une variété de différents types de liposomes et leurs cousins, les nanoparticules lipidiques.
"Les nanoparticules lipidiques sont vraiment pertinentes pour un certain nombre d'applications biomédicales :elles sont utilisées dans l'administration de médicaments depuis des décennies, et elles peuvent également servir de modèles de virus qui ont des membranes à l'extérieur, y compris les coronavirus", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Molly Kozminsky. , stagiaire postdoctoral au Sohn Research Lab de l'UC Berkeley. « Nous avons en fait développé ces liposomes de pointe parce que nous voulions tester une nouvelle méthode de diagnostic COVID-19 que nous développions en laboratoire. Mais d'abord, nous avions besoin d'un moyen de valider que ces particules affichaient la protéine de pointe du SRAS-CoV-2. correctement, et nous avons réalisé que notre technique de structuration de l'ADN nous permettrait de faire cela et d'autres expériences passionnantes d'une manière très efficace."
Les liposomes sont de minuscules vaisseaux sphériques constitués de membranes lipidiques très similaires à celles qui enveloppent la plupart des cellules biologiques. Et, de la même manière que les membranes des cellules biologiques sont parsemées d'une variété de protéines qui aident la cellule à interagir avec le monde extérieur, les chercheurs ont appris à fixer différents types de protéines dans les membranes des liposomes, conférant aux particules différentes fonctions et capacités.
L'excitation suscitée par les liposomes a été plus prononcée dans l'industrie pharmaceutique, où les fabricants de médicaments ont expérimenté l'équipement des liposomes avec des protéines qui n'interagissent qu'avec des cellules très spécifiques du corps, leur permettant de cibler l'administration de molécules médicamenteuses uniquement aux tissus où elles sont nécessaires. Comme le souligne Kozminsky, les liposomes peuvent également être utilisés pour créer des modèles simples de virus et d'autres agents pathogènes dotés de membranes lipidiques, notamment le SARS-CoV-2.
La technologie de structuration dirigée par l'ADN développée par le Sohn Lab peut être utilisée pour de nombreuses expériences pertinentes pour l'étude du SRAS-CoV-2. Montré ici, la structuration dirigée par l'ADN est utilisée pour tester si les anticorps neutralisants interfèrent avec la capacité du récepteur de l'ECA à se lier aux liposomes de pointe qui ont été créés à l'aide de la protéine de pointe de deux variantes différentes du virus SARS-CoV-2. Crédit :Molly Kozminsky
Cependant, les chercheurs doivent d'abord vérifier que les protéines des liposomes sont capables d'interagir correctement avec leur environnement. Par exemple, la protéine de pointe du SRAS-CoV-2 se lie aux protéines des cellules humaines appelées récepteurs ACE2, déclenchant une série d'événements qui permettent au virus de fusionner avec la cellule.
"Pour les liposomes de pointe, nous voulions nous assurer que la protéine de pointe que nous placions à la surface du liposome était dans la bonne configuration pour lui permettre de se lier aux récepteurs ACE2", a déclaré Kozminsky. "Si tel était le cas, alors la façon dont ces liposomes de pointe sont formulés modéliserait probablement également la façon dont la protéine de pointe du virus SARS-CoV-2 interagit avec les cellules, les anticorps et d'autres protéines."
Kozminsky s'est rendu compte que la technique d'impression d'ADN, qui a été initialement développée par le Sohn Lab pour "imprimer" différents types de cellules dans des modèles qui modélisent les tissus biologiques, pourrait également être utilisée pour vérifier rapidement que les liposomes à pointes présentaient le SARS-CoV -2 protéine de pointe correctement.
"Nous savions que nous devions d'abord tester les liposomes, et lorsque nous avons examiné toutes les façons dont nous aurions à valider les liposomes, nous avons constaté que les techniques étaient quelque peu ardues", a déclaré Kozminsky. "Nous avons réalisé à quel point il serait plus facile d'utiliser notre technologie d'impression dirigée par l'ADN."
Pour mener l'expérience, Kozminsky a imprimé les épi-liposomes sur une lame, puis les a marqués avec une protéine fluorescente verte. Elle a ensuite lavé la lame avec des protéines réceptrices ACE2 qui avaient été étiquetées avec une protéine fluorescente rouge. Lorsqu'elle a imagé la lame, elle a constaté que la majeure partie de celle-ci brillait en rouge, indiquant que les protéines du récepteur ACE2 se liaient aux liposomes de pointe sur la lame. Kozminsky a ensuite répété l'expérience avec des cellules qui expriment le récepteur ACE2, montrant qu'elles aussi étaient capables de se lier aux spike-liposomes.
Pour montrer comment les spike-liposomes pourraient être utilisés pour tester l'efficacité des traitements COVID-19, Kozminsky a créé deux types différents de spike-liposomes, chacun affichant une variante différente de la protéine de spike SARS-CoV-2. Après avoir utilisé l'impression ADN pour les modeler sur des lames de microscope, elle a lavé les lames avec trois types différents d'anticorps neutralisants disponibles dans le commerce contre des variantes de la protéine de pointe SARS-CoV-2. Elle a ensuite testé si la présence de ces anticorps neutralisants empêchait avec succès les protéines du récepteur ACE2 de se lier aux liposomes de pointe, et a constaté que les résultats étaient cohérents avec ceux rapportés par les fabricants d'anticorps.
"Ce qui est vraiment cool avec cette technique, c'est qu'elle est à très haut débit, ce qui signifie que vous pouvez mener des expériences en utilisant de nombreuses combinaisons différentes de liposomes à la fois", a déclaré Lydia Sohn, auteure principale de l'étude, présidente d'Almy C. Maynard et d'Agnes Offield Maynard. en génie mécanique à UC Berkeley. «Ainsi, par exemple, les sociétés pharmaceutiques pourraient utiliser cette technique pour tester très rapidement quels anticorps fonctionneront le plus efficacement contre une variante particulière du SRAS-CoV-2. Ou, elle pourrait être utilisée pour cribler de nouvelles protéines pour une administration ciblée de médicaments, pour faire sûr que cette protéine cible des types de cellules particuliers dans le corps. Cela ajoute vraiment une nouvelle stratégie pour combattre ce virus. Des chercheurs démontrent une approche de vaccination chez la souris qui pourrait prévenir de futures épidémies de coronavirus
