Las partículas señuelo engañan al coronavirus a medida que evoluciona

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Pueden verse como células y actuar como células. Pero un nuevo tratamiento potencial para el COVID-19 es en realidad un embaucador ingeniosamente disfrazado, que atrae a los virus y los une, dejándolos inactivos.

A medida que el virus SARS-CoV-2 en constante evolución comienza a evadir tratamientos que alguna vez fueron prometedores, como las terapias con anticuerpos monoclonales, los investigadores se han interesado más en estas nanopartículas “señuelo”. Imitando a las células normales, las nanopartículas señuelo absorben los virus como una esponja, evitando que infecten el resto del cuerpo.

En un nuevo estudio, los biólogos sintéticos de la Universidad Northwestern se propusieron dilucidar las reglas de diseño necesarias para que las nanopartículas señuelo sean efectivas y resistentes al escape viral. Después de diseñar y probar varias iteraciones, los investigadores identificaron un amplio conjunto de señuelos, todos fabricables con diferentes métodos, que fueron increíblemente efectivos contra el virus original y las variantes mutantes.

De hecho, las nanopartículas señuelo fueron hasta 50 veces más efectivas para inhibir mutantes virales naturales, en comparación con los fármacos inhibidores tradicionales basados ​​en proteínas. Cuando se probaron contra un mutante viral diseñado para resistir tales tratamientos, las nanopartículas señuelo fueron hasta 1500 veces más efectivas para inhibir la infección.

Aunque se necesitan muchas más investigaciones y evaluaciones clínicas, los investigadores creen que las infusiones de nanopartículas señuelo podrían usarse algún día para tratar a pacientes con infecciones virales graves o prolongadas.

El estudio fue publicado la semana pasada (7 de abril) en la revista Small. En el documento, el equipo probó nanopartículas señuelo contra el virus SARS-CoV-2 original y cinco variantes (incluidas beta, delta, delta-plus y lambda) en un cultivo celular.

“Demostramos que las nanopartículas señuelo son inhibidores efectivos de todas estas diferentes variantes virales”, dijo Joshua Leonard de Northwestern, coautor principal del estudio. “Incluso las variantes que escapan a otras drogas no escaparon a nuestras nanopartículas señuelo”.

“Mientras realizábamos el estudio, seguían apareciendo diferentes variantes en todo el mundo”, agregó Neha Kamat de Northwestern, coautora principal del estudio. “Seguimos probando nuestros señuelos contra las nuevas variantes, y siguieron funcionando. Es muy efectivo”.

Leonard es profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. Kamat es profesor asistente de ingeniería biomédica en McCormick. Ambos son miembros clave del Centro de Biología Sintética de Northwestern.

‘Rock evolutivo y un lugar duro’

A medida que el virus SARS-CoV-2 ha mutado para crear nuevas variantes, algunos tratamientos se han vuelto menos efectivos para combatir el virus en constante evolución. El mes pasado, la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. (FDA) detuvo varios tratamientos con anticuerpos monoclonales, por ejemplo, debido a su falla contra la subvariante omicron BA.2.

Pero incluso cuando los tratamientos fallan, las nanopartículas señuelo en el nuevo estudio nunca perdieron efectividad. Leonard dijo que esto se debe a que los señuelos ponen al SARS-CoV-2 “entre la espada y la pared evolutiva”.

El SARS-CoV-2 infecta las células humanas al unir su infame proteína espiga al receptor de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) humana. Una proteína en la superficie de las células, ACE2 proporciona un punto de entrada para el virus.

Para diseñar nanopartículas señuelo, el equipo de Northwestern utilizó partículas de tamaño nanométrico (vesículas extracelulares) liberadas naturalmente de todos los tipos de células. Diseñaron células que producen estas partículas para sobreexpresar el gen de ACE2, lo que lleva a muchos receptores ACE2 en las superficies de las partículas. Cuando el virus entró en contacto con el señuelo, se unió fuertemente a estos receptores en lugar de a las células reales, lo que hizo que el virus no pudiera infectar las células.

“Para que el virus ingrese a una célula, tiene que unirse al receptor ACE2”, dijo Leonard. “Las nanopartículas señuelo presentan un desafío evolutivo para el SARS-CoV-2. El virus tendría que encontrar una forma completamente diferente de ingresar a las células para evitar la necesidad de usar receptores ACE2. No existe una ruta de escape evolutiva obvia”.

Beneficios futuros

Además de ser eficaces contra los virus resistentes a los medicamentos, las nanopartículas señuelo tienen otros beneficios. Debido a que son materiales biológicos (en lugar de sintéticos), es menos probable que las nanopartículas provoquen una respuesta inmunitaria, lo que provoca inflamación y puede interferir con la eficacia del fármaco. También exhiben baja toxicidad, lo que los hace particularmente adecuados para su uso en administración sostenida o repetida para el tratamiento de pacientes gravemente enfermos.

Cuando comenzó la pandemia de COVID-19, los investigadores y los médicos experimentaron una brecha desconcertante entre el descubrimiento del virus y el desarrollo de nuevos medicamentos para tratarlo. Para la próxima pandemia, las nanopartículas señuelo podrían proporcionar un tratamiento rápido y efectivo antes de que se desarrollen las vacunas.

“La estrategia de señuelo es una de las cosas más inmediatas que puedes probar”, dijo Leonard. “Tan pronto como sepa el receptor que usa el virus, puede comenzar a construir partículas señuelo con esos receptores. Podríamos acelerar un enfoque como este para reducir las enfermedades graves y la muerte en las primeras etapas cruciales de futuras pandemias virales”.

El estudio, “Elucidación de los principios de diseño para la ingeniería de vesículas derivadas de células para inhibir la infección por SARS-CoV-2”, fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias (números de subvención 1844219 y 1844336) y una donación de Kairos Ventures.

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