Dans une étude récente publiée dans le Sciences avancées journal, les chercheurs ont évalué l’efficacité des gels de mucine synthétiques dans l’inhibition de la transmission du virus de l’immunodéficience humaine-1 (VIH-1) et du virus de l’herpès simplex-2 (HSV-2).
Des études ont montré que les infections à coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère peuvent être efficacement prévenues par les mucines de manière glycane-dépendante. De plus, les biomatériaux de mucus synthétiques riches en mucines mucine 5B (MUC5B) réussissent mieux à contenir l’infection grippale A que les mucines MUC5AC. Dans l’ensemble, les mucines et les matériaux produits à partir de mucines se sont révélés être des contributeurs importants à la prévention des infections virales. Le mucus contient des mucines et des inhibiteurs viraux, qui peuvent se lier aux virus et les empêcher d’infecter les cellules épithéliales et de se propager.
Synthèse de dérivés de BSM
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé divers types de cellules, y compris des cellules immunitaires primaires, pour déterminer si les gels de mucine sous-maxillaire bovine (BSM) avaient des fonctions « de type mucus » dans la prophylaxie contre le VIH-1 et le HSV-2.
L’équipe a effectivement incorporé des aldéhydes ou des hydrazides dans les molécules de BSM. Lorsqu’ils sont ajoutés à une solution, les aldéhydes et hydrazides BSM résultants peuvent créer des liaisons hydrazone covalentes dynamiques, aboutissant à la création de gels BSM. Pour la production de dérivés de BSM, la chimie de couplage de l’hexafluorophosphate de diméthylamino-morpholino-carbénium (COMU) avec la N, N-diisopropyléthylamine (DIPEA) a été utilisée. La base encombrée a servi de capteur de protons plutôt que de concurrencer l’amine en tant que nucléophile en présence de DIPEA en raison de la substitution nucléophile entre les amines et les acides activés.
Les chercheurs ont initialement ajouté du 3-amino-1,2-propanediol aux groupes carboxyle actifs du BSM pour créer des dérivés cis-diol du BSM, qui ont ensuite été soumis à une oxydation au périodate pour créer des dérivés d’aldéhyde du BSM. Contrairement aux diols vicinaux sur les glycosaminoglycanes ayant une géométrie trans, les diols vicinaux flexibles sur les résidus 3-amino-1,2-propanediol ont permis une oxydation sélective et efficace, tout en conservant la structure d’origine.
Comme l’amide je culmine à 1647 cm-1 décalé à 1637cm-1 (BSM non modifié) et celui à 1534 cm-1 décalé à 1542cm-1 (BSM non modifié) par rapport aux dérivés BSM cis-diol, les spectres atténués de réflectance totale-infrarouge à transformée de Fourier (ATR-FTIR) des dérivés BSM-aldéhyde étaient cohérents avec ceux des dérivés BSM cis-diol. Des tests périodiques à l’acide ont été utilisés pour valider la synthèse basée sur les réactifs de Schiff des dérivés de BSM-aldéhyde.
En utilisant la chimie de réticulation du carbodihydrazide (CDH)-hydrazone, des gels BSM ont été produits. Par rapport aux dérivés BSM aldéhyde et BSM hydrazide, les gels BSM ont révélé deux pics supplémentaires à 798 cm-1 et 1260cm-1. De plus, pour les gels BSM, deux pics spécifiques à l’hydrazide à 3226 cm-1 et 3317 cm-1 disparu. Les données ont indiqué la consommation d’hydrazide ainsi que la formation de liaisons hydrazone. Une fois qu’une quantité suffisante de stress a été exercée, les liaisons se sont rompues avant de se régénérer. Avec l’aide de cette chimie, des hydrogels avec des qualités d’affaiblissement des contraintes et d’auto-guérison ont été développés.
Gels BSM formés par des liaisons hydrazone
À l’aide d’un rhéomètre à cisaillement commercial, l’équipe a étudié les caractéristiques viscoélastiques des gels BSM, telles que le comportement du gel dans le régime de réponse linéaire et les qualités de liquéfaction et d’auto-guérison des gels après avoir été soumis à des contraintes importantes. Des analyses de balayage en fonction du temps ont démontré que des gels BSM stables ont été synthétisés. De plus, peu de temps après le mélange, le module d’élasticité (G′) a atteint un état de type plateau environ 60 secondes après avoir été dominé par la réponse du matériau. Des balayages de fréquence ont ensuite vérifié que les gels étaient réticulés de manière efficace et covalente, car aucune viscoélasticité dépendante de la fréquence claire n’a été observée dans la plage de fréquences testées.
De plus, en observant un fort comportement d’affaiblissement des contraintes associé à un comportement d’auto-guérison très efficace et rapide, l’équipe a illustré la nature dynamique des gels BSM formés par des liaisons hydrazone covalentes. Ce mécanisme d’auto-guérison a permis au système de retrouver 85% à 13% de sa rigidité précédente en plus de rétablir qualitativement l’état de gel du matériau.
Une liaison covalente ou non covalente dynamique pourrait créer des gels auto-cicatrisants. Les gels à équilibre dynamique retardé sont plus stables grâce à l’utilisation de liaisons covalentes dynamiques. Le comportement d’auto-guérison rapide du gel, cependant, a révélé un équilibre dynamique rapide dans les liaisons covalentes dynamiques des gels BSM producteurs de CDH-hydrazone.
Efficacité prophylactique des gels BSM contre les infections par le VIH-1 et le HSV-2
L’équipe a évalué si le gel BSM synthétique pouvait imiter le rôle protecteur contre les infections virales. Celle-ci a été déterminée en comparant les in vitro efficacité prophylactique des gels BSM, des solutions BSM et des gels d’hydroxyéthylcellulose (HEC). En raison de leurs qualités de fluidification par cisaillement et de leur module élastique comparable à celui des gels BSM synthétiques, des gels HEC à 2 % ont été utilisés.
Par rapport aux solutions BSM seules, les gels BSM ont amélioré l’efficacité prophylactique dans l’étude actuelle contre un prototype d’infection par la souche VIH-1 CCR5 des cellules TZM.bl. Les cellules mononucléaires dérivées du sang périphérique humain (hPBMC) obtenues à partir de donneurs sains ont montré que les gels BSM avaient une efficacité préventive beaucoup plus élevée que les solutions BSM.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que les gels supprimaient l’infection par le VIH-1 et le HSV-2 dans les cellules immunitaires et épithéliales d’environ 70 % et 80 %, respectivement. Au total, l’équipe a créé un lubrifiant à base de gel avec un potentiel considérable d’application dans la prophylaxie des personnes qui ont été exposées au VIH-1 et/ou au HSV-2.
