La pandémie de maladie à coronavirus (COVID-19) causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) a créé un besoin de développer de nouveaux antiviraux à large spectre qui sont efficaces contre les variantes existantes et en évolution.
Étude : activité antivirale efficace du SARS-CoV-2 des nanopolymères de polylysine hyperramifiés. Crédit d’image : Mongkolchon Akesin/Shutterstock
Les polylysines possèdent une charge positive élevée avec une structure polymère linéaire et ont déjà été signalées comme inhibant la réplication des virus VIH-1 et de la grippe A. L’étude récemment publiée dans la revue Nanoéchelle tente d’étudier l’activité antivirale des nanopolymères de polylysine hyperramifiés contre le SRAS-CoV-2.
Sommaire
Synthèse et structure de nanopolymères de polylysine hyperbranchés
Les polymères hyperramifiés (HP) sont des macromolécules hautement ramifiées et caractérisées par une structure et une ramification irrégulières. Les HP synthétisés à partir d’acides aminés ont une meilleure solubilité, biocompatibilité et stabilité par rapport aux HP d’autres précurseurs.
Dans la présente étude, des nanoparticules de polylysine hyperramifiées (HPN) ont été synthétisées par polymérisation thermique de L-lysine seule ou en présence d’acide borique (H3BO3) comme catalyseur. Le nanopolymère synthétisé à l’aide de L-lysine et d’acide borique a été utilisé pour réaliser l’étude.
La structure des HPN a ensuite été analysée à l’aide de la spectroscopie FTIR in situ, ce qui a suggéré que les HPN sont constitués de nanoparticules sphériques de dimensions comprises entre 200 et 300 nm et qu’elles peuvent être dispersées dans de l’eau et du diméthylsulfoxyde (DMSO) solvant. Les spectres d’absorption UV-Vis des HPN ont montré qu’ils présentent des propriétés de fluorescence qui peuvent être utilisées pour effectuer des études de bio-imagerie afin de comprendre leurs interactions au sein de la cellule.
Les HPN présentent une faible cytotoxicité
Les HPN ont été évalués pour la cytotoxicité et leur effet antiviral contre le SRAS-CoV-2 en utilisant in vitro dosages cellulaires. Le Remedesivir, le premier médicament antiviral approuvé par la Food and Drug Administration contre le SRAS-CoV-2, a été utilisé comme médicament témoin dans la présente étude.
Le test de cytotoxicité MTS standard détermine la dose toxique des substances en évaluant la viabilité des cellules. Il a été utilisé pour évaluer la cytotoxicité des HPN et déterminer leur concentration cytotoxique à 50 % (CC50).
Les cellules Vero E6 ont été exposées à des concentrations croissantes de HPN ou de remdesivir, et le CC50 des HPN a été calculé comme étant > 500 μg mL-1, qui était la dose la plus élevée testée, et CC50 de remdesivir était > 60 g mL-1.
Les HPN présentaient une faible cytotoxicité par rapport au remdesivir. Il était à noter que le remdesivir et les HPN produisaient une perte moyenne similaire de viabilité cellulaire ; cependant, la dose la plus élevée à laquelle le remdesivir a produit l’effet était huit fois inférieure à celle des HPN.
Les HPN présentent une activité antivirale efficace
L’activité antivirale des HPN a été testée en exposant les cellules Vero E6 à diverses concentrations de HPN ou au médicament de contrôle remdesivir, puis en les infectant avec le SARS-CoV-2.
La réplication virale dans ces cellules infectées a ensuite été analysée par quantification de la nucléoprotéine du SRAS-CoV-2 à l’aide d’ELISA.
Les effets cytopathiques (CPE) sont des modifications de la structure des cellules hôtes dues à des infections virales. L’apparition de cellules détachées en raison de l’ECP induite par le virus a également été évaluée en utilisant la microscopie optique. Les résultats ont montré que les HPN présentaient une activité antivirale avec une concentration inhibitrice de 50 % (IC50) valeur de 125 μg mL-1 par rapport au remdesivir témoin, qui a montré une activité antivirale similaire aux rapports précédents avec un IC50 de 1,9 g mL-1.
Après examen des morphologies cellulaires, il a été constaté que les HPN avaient un effet protecteur contre les dommages cytopathiques à deux fois son IC50 concentration lorsqu’il est montré pour restaurer la monocouche cellulaire des cellules Vero E6.
Les HPN peuvent produire des effets antiviraux à différentes étapes du cycle de vie du SRAS-CoV-2
L’activité antivirale des HPN a été évaluée en effectuant un traitement à temps plein, des tests de pré-adsorption et de post-adsorption. L’inhibition de la réplication du SRAS-CoV-2 a été évaluée en mesurant les niveaux de protéines de la nucléocapside virale à l’aide d’ELISA.
Un traitement complet a entraîné une inhibition complète de la réplication virale. Par rapport aux témoins non traités, le traitement pré-adsorption a entraîné une inhibition de 26 % de la réplication virale, et il y avait une inhibition de 72 % du traitement post-adsorption. Les HPN peuvent manifester leur activité antivirale en agissant à différents stades du cycle de vie viral. Il a également été observé que les HPN n’ont montré aucun effet cytotoxique sur les cellules non infectées dans les trois tests.
Les HPN présentent une activité antivirale en pénétrant dans les cellules hôtes
L’étude a tenté d’explorer la possibilité que les HPN présentent leur activité antivirale pendant la phase de post-entrée virale en pénétrant dans les cellules hôtes. Les cellules Vero E6 ont été incubées dans des milieux de croissance contenant deux concentrations différentes de HPN pendant six et 24 heures, et la fluorescence résultante a été mesurée par cytométrie en flux.
Il a été découvert que les HPN pénétraient efficacement dans les cellules aux deux moments étudiés, à des concentrations qui avaient produit auparavant une efficacité antivirale. Une absorption dose-dépendante des HPN a également été observée. Une localisation plus poussée des HPN à l’intérieur des cellules a également été confirmée en utilisant un contre-colorant au bleu trypan pour éteindre la fluorescence à l’extérieur des membranes cellulaires.
L’internalisation des HPN à l’intérieur des cellules a également été examinée par microscopie confocale. Des taches vertes fluorescentes ont été observées dans le cytoplasme des cellules Vero E6 qui ont été incubées avec 250 µg mL-1 de HPN pendant 24h. La présence de HPN n’a pas été observée dans les noyaux des cellules. L’absorption des HPN par les cellules Vero E6 peut se produire par endocytose qui doit être étudiée plus avant.
Mécanismes de l’activité antivirale des HPN
Le mécanisme de l’activité antivirale des HPN peut être dû à leur interaction électrostatique avec les virus ou à leur structure hyperramifiée offrant un avantage pour interagir avec les protéines de pointe sur le SARS-CoV-2. Il a déjà été trouvé que les molécules de polylysine à charge positive élevée inhibent la réplication virale par leur interaction électrostatique avec les virus.
Les résultats de cette étude suggèrent qu’en plus de présenter une activité antivirale au point d’entrée des virus dans les cellules hôtes, les HPN peuvent également inhiber la réplication virale et le bourgeonnement car ils peuvent pénétrer dans les cellules hôtes. Ils peuvent exercer leur activité antivirale en agissant à différentes phases du cycle de vie du SRAS-CoV-2.
