Hình vẽ mô phỏng liên kết Nanotrap SARS-CoV-2. Nanotrap có lõi màu vàng, vỏ phospholipid màu xanh lá cây và các hạt có chức năng hóa màu đỏ để liên kết virus (ACE2 hoặc Neutralizing Antibody). Lớp vỏ protein của virus có màu xám, và được phủ một lớp protein Spike (xanh lá cây) và glycoprotein (đỏ). Nguồn ảnh: Huang Lab
Đây là cách các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker (PME) thuộc Đại học Chicago thực hiện, mở ra một phương pháp điều trị COVID-19 đầy tiềm năng và hoàn toàn mới.
Kết quả nghiên cứu được công bố ngày 19/4/2021 trên tạp chí Matter cho thấy, các “ống nano” này thu hút virus bằng cách bắt chước các tế bào đích mà virus lây nhiễm. Khi virus liên kết với Nanotraps, các bẫy sau đó sẽ cô lập virus từ các tế bào khác và nhắm mục tiêu để tiêu diệt nó bởi hệ thống miễn dịch.
Về lý thuyết, các ống nano này cũng có thể được sử dụng trên các biến thể của virus, dẫn đến một phương pháp mới tiềm năng để ức chế virus trong tương lai.
Mặc dù liệu pháp này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm ban đầu, các nhà nghiên cứu hình dung rằng nó có thể được sử dụng qua đường xịt mũi như một phương pháp điều trị COVID-19.
Giáo sư Jun Huang, người đứng đầu phòng thí nghiệm cho biết: “Kể từ khi đại dịch bắt đầu, nhóm nghiên cứu đã phát triển phương pháp mới này để điều trị COVID-19 và đã thực hiện kiểm tra nghiêm ngặt để chứng minh rằng, các ống nano này hoạt động. Nhóm nghiên cứu rất vui mừng về tiềm năng của chúng”.
Thiết kế cái bẫy hoàn hảo
Để thiết kế Nanotrap, nhóm nghiên cứu – dẫn đầu bởi tiến sĩ Min Chen và nghiên cứu sinh Jill Rosenberg – đã xem xét cơ chế mà SARS-CoV-2 sử dụng để liên kết với các tế bào: một loại protein giống như gai nhọn trên bề mặt của nó liên kết với tế bào protein thụ thể ACE2.
Để tạo ra một cái bẫy có thể liên kết với virus theo cách tương tự, họ đã thiết kế các hạt nano với mật độ protein ACE2 cao trên bề mặt của chúng. Tương tự, họ thiết kế các hạt nano khác với các kháng thể trung hòa trên bề mặt của chúng (Những kháng thể này được tạo ra bên trong cơ thể khi ai đó bị nhiễm bệnh và được thiết kế để bám vào coronavirus theo nhiều cách khác nhau).
Cả protein ACE2 và kháng thể trung hòa đều đã được sử dụng trong các phương pháp điều trị COVID-19, nhưng bằng cách gắn chúng vào các hạt nano, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống thậm chí còn mạnh mẽ hơn để bẫy và loại bỏ virus.
Được làm từ các polyme và phospholipid đã được FDA chấp thuận, các hạt nano có đường kính khoảng 500 nanomet – nhỏ hơn nhiều so với một tế bào. Điều đó có nghĩa là các ống nano có thể tiếp cận nhiều khu vực bên trong cơ thể hơn và bẫy virus hiệu quả hơn.
Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của virus SARS-CoV-2 giả liên kết Nanotrap (màu cam) (màu lục lam). Nguồn ảnh: Huang Lab
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm độ an toàn của hệ thống trên mô hình chuột và không tìm thấy độc tính. Sau đó, họ đã thử nghiệm Nanotraps chống lại một loại virus giả – một mô hình virus kém mạnh hơn không tái tạo – trong các tế bào phổi của người trong các đĩa nuôi cấy mô và phát hiện ra rằng, chúng đã chặn hoàn toàn sự xâm nhập vào các tế bào.
Khi pseudovirus tự liên kết với hạt nano – trong các thử nghiệm mất khoảng 10 phút sau khi tiêm – các hạt nano đã sử dụng một phân tử gọi các đại thực bào của cơ thể để nhấn chìm và phân hủy Nanotrap. Các đại thực bào nhìn chung sẽ ăn các hạt nano trong cơ thể, nhưng phân tử Nanotrap sẽ đẩy nhanh quá trình này. Các hạt nano được làm sạch và phân hủy trong vòng 48 giờ.
Các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm các hạt nano với virus pseudovirus trong hệ thống truyền dịch phổi ex vivo — một cặp phổi được hiến tặng được duy trì sống bằng máy thở — và phát hiện ra rằng, chúng đã ngăn chặn hoàn toàn sự nhiễm trùng trong phổi.
Họ cũng hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne để kiểm tra các ống nano với một virus sống (chứ không phải virus giả) trong một hệ thống in vitro và phát hiện ra rằng, hệ thống của họ ức chế virus tốt hơn 10 lần so với kháng thể trung hòa hoặc ACE2 hòa tan đơn thuần.
Đây có thể là một phương pháp điều trị COVID-19 tiềm năng trong tương lai và hơn thế nữa.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ kiểm tra thêm hệ thống, bao gồm nhiều thử nghiệm hơn với virus sống và trên nhiều biến thể virus.
Rosenberg nói: “Đó là điều khẳng định chiếc “bẫy” Nanotrap rất mạnh mẽ. “Nó dễ dàng được điều chỉnh. Chúng tôi có thể chuyển đổi các kháng thể hoặc protein khác nhau hoặc nhắm mục tiêu vào các tế bào miễn dịch khác nhau, dựa trên những gì chúng tôi cần với các biến thể mới”.
Các nhà nghiên cứu cho biết, Nanotrap có thể được sử dụng như một loại vaccine bằng cách tối ưu hóa công thức, tạo ra một hệ thống điều trị cuối cùng cho virus.
“Đây là điểm khởi đầu,” Huang nói. “Chúng tôi muốn làm điều gì đó để giúp đỡ thế giới.”
Nghiên cứu có sự tham gia của các cộng tác viên trong các khoa, bao gồm hóa học, sinh học và y học.
Theo: https://phys.org/news/2021-04-scientists-nanotraps-coronavirus.html
