Le rôle des nanomatériaux pendant la pandémie de COVID-19

L’émergence du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) a été signalée pour la première fois à Wuhan, en Chine, en 2019. Par la suite, l’épidémie mondiale du nouveau virus a été annoncée comme une pandémie par l’Organisation mondiale de la santé (OMS ) en mars 2020. La pandémie est communément appelée maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Le SARS-CoV-2 est extrêmement virulent avec un taux de transmission élevé. À ce jour, il a fait plus de 4,71 millions de morts dans le monde.

Étude : Applications des nanomatériaux dans la pandémie de COVID-19. Crédit d’image : milliards de photos/Shutterstock

La nanotechnologie a été largement appliquée en biomédecine, en particulier pour l’administration contrôlée de médicaments, le diagnostic et le traitement de diverses maladies. En réponse à la pandémie actuelle, de nombreux laboratoires à travers le monde ont appliqué cette technologie. Les applications incluent le développement de masques faciaux portant des filtres recouverts de nanomatériaux, de vaccins avec des adjuvants nanométriques, de kits de diagnostic COVID-19 abordables et rapides.

Une nouvelle revue publiée dans Métaux rares s’est concentré sur les applications des nanomatériaux pour lutter contre la pandémie actuelle de COVID-19. Cet article a révélé que les nanomatériaux aident à prévenir, diagnostiquer et traiter les personnes infectées par le SRAS-CoV-2.

Nanomatériaux et prévention des virus

Les scientifiques ont révélé que le SRAS-CoV-2 est généralement transmis par les gouttelettes d’une personne infectée lorsqu’elle tousse ou éternue. Parfois, ces gouttelettes adhèrent aux surfaces environnantes comme les poignées de porte et à l’équipement de protection des travailleurs de la santé. Une étude a rapporté que le SRAS-CoV-2 reste actif pendant sept jours sur un masque facial porté par une personne infectée. Lorsque des individus en bonne santé touchent ces points contaminés, ils courent un risque élevé d’infection au COVID-19.

La nanotechnologie a permis de développer des masques faciaux à double fonction, c’est-à-dire une protection contre le virus SARS-CoV-2 et d’excellentes propriétés d’auto-désinfection. En outre, l’utilisation de nanomatériaux dans le développement de désinfectants de surface dotés de propriétés d’auto-désinfection a été extrêmement bénéfique pour les hôpitaux et les établissements de santé.

Des études antérieures ont révélé que des métaux tels que l’argent et le cuivre ont d’excellentes propriétés antivirales. Comme prévu, les nanomatériaux d’argent et de cuivre ont montré des rapports surface/volume élevés et des fonctions biologiques améliorées. De même, les nanoparticules d’or peuvent désactiver les virus et les bactéries en catalysant des réactions spécifiques pour générer des espèces réactives de l’oxygène (ROS) sous irradiation lumineuse avec une longueur d’onde spécifique.

Les scientifiques ont également développé des nanomatériaux non métalliques, par exemple un nanomatériau de graphène hydrophobe, pour des masques faciaux dotés de propriétés d’auto-désinfection. De plus, le TiO nanométrique₂ le revêtement en fibre améliore la propriété de filtrage des masques faciaux. Les nanoclusters inorganiques (NC) possèdent une activité bactéricide et antivirale intrinsèque pour minimiser l’accumulation d’agents pathogènes nocifs dans les pores des nanofibres.

Nanomatériaux et diagnostic COVID-19

Les nanomatériaux, en particulier les nanobiocapteurs, peuvent augmenter la qualité et l’efficacité du processus de détection. Les caractéristiques de détection rapide et de réponse immédiate rendent ces capteurs idéaux pour les applications médicales. Actuellement, la détection de COVID-19 est critique pour les principales applications préventives.

Les scientifiques ont développé un système de biocapteur COVID-19 basé sur des nanomatériaux combinés à une amplification isotherme médiée par une boucle de transcription inverse en une étape. Ce biocapteur peut diagnostiquer avec succès le COVID-19. Un autre dispositif de biocapteur, basé sur un transistor à effet de champ (FET), peut détecter efficacement le virus COVID-19 dans des échantillons médicaux. Cette dernière classe de biocapteurs a été synthétisée à partir de nanofeuillets de graphène, modifiées avec l’anticorps de pointe COVID-19, et peut identifier efficacement la protéine de pointe COVID-19.

Récemment, des scientifiques ont développé un nouveau biocapteur en enduisant des feuilles de graphène de FET avec un anticorps contre la protéine de pointe COVID-19. La limite de détection de la protéine antigénique cible COVID-19 est de 1 fg·ml^-1. Comme cela est nettement inférieur aux concentrations de détection traditionnelles, la difficulté de l’échantillonnage est considérablement réduite. Un autre groupe de chercheurs a développé un essai biologique basé sur des nanoparticules d’or recouvertes d’oligonucléotides antisens modifiés par un thiol. Cela peut diagnostiquer avec précision COVID-19 en quelques minutes.

Fig. 3 : Détection sélective à l’œil nu de l’ARN COVID-19 médiée par des nanoparticules d’Au coiffées d’ASO spécialement conçues. Reproduit (adapté) avec la permission de Réf. [52].

Nanoparticules dans les vaccins COVID-19

Les vaccins déclenchent le système immunitaire via l’introduction d’antigènes. Les vaccins conventionnels présentent de nombreux défis, tels qu’une faible stabilité du flux sanguin et l’incapacité de déclencher une réponse immunitaire soutenue et adéquate. Les vaccins qui produisent des niveaux plus élevés d’anticorps sont considérés comme efficaces, mais dans la plupart des cas, ces vaccins ont également des effets secondaires plus importants.

Récemment, les vaccins à nanoparticules ont été considérés comme de bonnes alternatives aux vaccins traditionnels. Les principaux avantages des vaccins à base de nanomatériaux sont une cinétique médicamenteuse contrôlable, des charges utiles élevées et une stabilité élevée. De plus, dans les vaccins à base d’ADN et d’ARN, un vecteur supplémentaire est requis. Les scientifiques ont révélé que les adjuvants de vaccins dérivés de nanoparticules possèdent de nombreuses propriétés avantageuses, notamment l’induction de réponses humorales et cellulaires robustes à libération lente et l’amélioration de l’efficacité du vaccin.

Sinopharm, un groupe pharmaceutique en Chine, en collaboration avec l’Institut des produits biologiques de Wuhan, a utilisé des sels d’aluminium, du graphène, des nanoparticules de silice, des nanoparticules d’or, des liposomes et des nanoparticules polymérisées comme adjuvants de vaccins. Moderna a utilisé l’encapsulation lipidique pour le développement de son vaccin COVID-19. Sur la base de l’immunogénicité, plusieurs études ont indiqué que les nanoparticules d’or, les nanoparticules de protéines de pointe et les nanoparticules polymères creuses pourraient induire efficacement une réponse immunitaire humaine contre les coronavirus.

Fig. 4 : Nanoparticules (NP) en tant que système d’administration d’antigène et réponse immunitaire. Reproduit (adapté) avec la permission de Réf. [64].

Nanomatériaux et médicaments antiviraux

Les nanomatériaux, par exemple les liposomes et les nanoparticules de PLGA, peuvent être utilisés pour encapsuler des médicaments antiviraux, qui favorisent la circulation à long terme et la libération prolongée des médicaments. Cette technologie améliore l’effet thérapeutique. Les chercheurs pensent que les nanomatériaux pourraient être utilisés pour fournir des facteurs angiogéniques en combinaison avec des médicaments antiviraux pour traiter la maladie COVID-19. Les nanocarriers pourraient transporter de manière significative des médicaments avec une plus grande efficacité que les méthodes conventionnelles.