Des chercheurs développent des sondes à nanoparticules non infectieuses pour étudier le SRAS-CoV-2

Des scientifiques et des chercheurs du US Naval Research Laboratory et du National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS) ont soumis leurs conclusions à ACS Nano, une revue scientifique mensuelle à comité de lecture, sur leur collaboration pour développer des sondes de nanoparticules SARS-CoV-2 qui sont utilisées pour étudier les interactions fondamentales entre les protéines Spike SARS-CoV-2 et les cellules humaines.

Ici, nous voyons que le QD608-RBD se lie à ACE2 et induit une endocytose. Sur cette figure, le panneau supérieur montre ACE2-GFP (jaune) exprimant des cellules se liant et internalisant QD608-RBD (magenta). Dans le panneau inférieur, un inhibiteur est ajouté pour empêcher la liaison de QD608-RBD à ACE2-GFP, et la présence d'ACE2-GFP sur la surface cellulaire est forte avec peu ou pas de QD608-RBD visible. Des scientifiques du US Naval Research Laboratory et du National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), ont publié leurs résultats dans ACS Nano, une revue scientifique mensuelle à comité de lecture, sur leur collaboration pour développer des sondes de nanoparticules SARS-CoV-2 qui sont utilisées pour étudier interactions fondamentales entre les protéines Spike du SRAS-CoV-2 et les cellules humaines. Crédit d'image: Centre national pour l'avancement des sciences translationnelles

Le manuscrit, accepté le 18 août, est intitulé « Les pseudo-virions de pointe de SARS-CoV-2 conjugués par points quantiques permettent le suivi de la liaison et de l'endocytose de l'enzyme 2 de conversion de l'angiotensine à la surface de la cellule hôte. » Le SARS-CoV-2 est connu pour se fixer aux récepteurs de l'enzyme de conversion 2 de l'angiotensine (ACE2) via ses protéines externes «Spike», qui recouvrent la surface, que le virus utilise pour se lier et pénétrer dans les cellules humaines.

Nous avons développé des pseudo-virions à base de nanoparticules qui se lient à la cellule hôte et se suivent à l'intérieur des cellules sans être contagieux. Cela ouvre la possibilité d'étendre la même stratégie à diverses autres maladies infectieuses. « 

Eunkeu Oh, Ph.D., biophysicien du LNR

En collaboration avec des chercheurs du NCATS, qui fait partie des National Institutes of Health (NIH), ils ont travaillé au développement de sondes non infectieuses pour étudier le SRAS-CoV-2, qui est le virus responsable de la pandémie actuelle de COVID-19.

«En termes simples, empêcher le virus de pénétrer dans les cellules l'empêche de se répliquer, de se propager et d'exacerber l'infection», a déclaré Mason Wolak, Ph.D., chef par intérim de la section des nanomatériaux optiques du NRL. « Les objectifs ultimes de la collaboration sont de clarifier les mécanismes fondamentaux par lesquels le SRAS-CoV-2 provoque une infection et de dépister et d'identifier les médicaments potentiels pour inhiber ces mécanismes. »

Une chose qui a fasciné les scientifiques était la puissance des nanoparticules de points quantiques pour induire la translocation de l'ACE2 de la membrane cellulaire vers l'intérieur de la cellule par un processus appelé endocytose. Kirill Gorshkov, Ph.D., chercheur du NCATS, a déclaré que les expériences visant à bloquer l'endocytose ont empêché l'internalisation du complexe du pseudovirus à points quantiques et du récepteur ACE2.

«Alors que nous avions une idée que cela était possible, la mesure dans laquelle cela se produisait avec de très faibles quantités de pseudo-virions à points quantiques suggérait que nous disposions d'un système puissant pour suivre l'attachement viral et les effets sur la cellule en temps réel, puisque ces points quantiques sont fluorescents », a déclaré Gorshkov.

Les sondes à nanoparticules développées au LNR sont constituées de plusieurs sous-unités de protéines Spike fixées à la surface d'un noyau de points quantiques émettant de la lumière.

« Nous appelons ces sondes des » pseudo-virions « car ils se rapprochent de la forme du virus SARS-CoV-2 tout en imitant leurs interactions physiologiques avec les cellules humaines », a déclaré Wolak. « La lumière émise par les pseudo-virions permet un suivi spatio-temporel de leur interaction avec les cellules humaines. »

Wolak a poursuivi en disant que la liaison à ACE2 est considérée comme la première étape du virus vers l'infection cellulaire. La réussite de l'inhibition de cette liaison est une priorité extrêmement élevée dans la recherche d'interventions thérapeutiques pour atténuer l'impact de la pandémie sur la santé militaire et publique.

«La protection de la santé des combattants déployés est de la plus haute importance pour garantir l'état de préparation de la mission et maintenir l'état de préparation de la flotte», a déclaré Wolak. « Les navires de la marine représentent le » système fermé « ultime – les combattants partagent des quartiers étroits où la distanciation sociale est presque impossible à appliquer de manière réaliste. Cela crée des conditions propices à des épidémies rapides et étendues, comme celle signalée sur l'USS Theodore Roosevelt, qui menacent le succès de la mission. « 

Le NRL et le NCATS sont actuellement en train de concevoir et de tester la faisabilité de tests d'imagerie cellulaire à haut débit pour cribler des bibliothèques entières d'agents thérapeutiques pour l'inhibition de la liaison et de l'internalisation Spike / ACE2.

«Cela a également ouvert la porte à des tests à haut débit de nouveaux médicaments découverts par les autres approches du NCATS, à une validation croisée des composés avec notre système et à des tests de modalités thérapeutiques complètement nouvelles développées au NCATS et ailleurs, à la fois biochimiquement au LNR, et dans des tests cellulaires au NCATS », a déclaré Gorshkov.

Ces tests, effectués au NCATS, permettraient de cribler jusqu'à 1 536 cibles médicamenteuses par expérience.

«Notre équipe au NRL apporte une expertise de classe mondiale dans le domaine des points / nanoparticules quantiques pour les applications biologiques», a déclaré Oh. « La fusion de nos ressources avec l'expertise de l'équipe NCATS a abouti à des recherches qui ne pouvaient pas être effectuées par une seule équipe. »

Des recherches supplémentaires sont prévues pour étudier le mécanisme qui augmente l'infectiosité du SRAS-CoV-2 avec des protéines Spike mutées. L'équipe NRL / NCATS prévoit également d'explorer la possibilité d'utiliser les pseudo-virions pour l'administration intracellulaire de médicaments spécifiques à un site afin de perturber les mécanismes de réplication du SRAS-CoV-2.

Wolak a déclaré: « Il est très important de noter que le pseudo-virion contenant Spike a un potentiel pour une large application de la délivrance intracellulaire de médicaments pour combattre non seulement COVID19, mais toute maladie qui cible les cellules avec des récepteurs ACE2. »

Gorshkov a déclaré qu'il espère que la recherche excite et stimule la prochaine génération de futurs chercheurs à se lancer dans un voyage d'exploration.

J'espère que cette histoire servira à engager les jeunes esprits dans le domaine de ce qui est possible lorsque les gens travaillent ensemble, à la fois scientifiquement et autrement. En forgeant ces relations solides, nous pouvons mettre en synergie nos efforts et parvenir à de nouvelles solutions à partir de perspectives et de points de vue complètement différents. « 

Kirill Gorshkov, Ph.D., chercheur scientifique du NCATS