La pandémie mondiale de coronavirus 2019 (COVID-19) fait rage. À ce jour, le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), l’agent causal du COVID-19, a infecté plus de 138,3 millions et causé plus de 2,9 millions de décès dans le monde. Malgré les progrès majeurs de la campagne mondiale de vaccination, les chercheurs sont toujours à la recherche d’options thérapeutiques possibles pour atténuer la gravité de la maladie chez les personnes touchées. Un domaine a exploré le potentiel des biomatériaux.
La science des biomatériaux repousse actuellement les limites des technologies émergentes pour la recherche et le traitement. Les biomatériaux sont des plates-formes efficaces pour l’administration de médicaments qui peuvent être utilisées pour développer des antiviraux. Quelques exemples de biomatériaux sont les hydrogels, les cryogels et les nanoparticules (NP, comme les liposomes).
Dans une revue récente, publiée dans la revue Matériaux émergents, une équipe de chercheurs donne son avis sur la façon dont les biomatériaux peuvent être exploités pour des stratégies thérapeutiques contre le COVID-19.
Les biomatériaux sont dérivés de matériaux naturels ou synthétiques qui ont été conçus pour interagir avec des systèmes biologiques à des fins thérapeutiques ou diagnostiques. »
L’équipe a discuté de la façon dont les biomatériaux peuvent être utilisés pour concevoir des modèles d’infection COVID-19 précis et avancés, améliorer l’administration de médicaments antiviraux, favoriser de nouvelles stratégies antivirales et renforcer l’efficacité des vaccins. Un examen détaillé de ces possibilités est essentiel lorsque plus de variantes du SRAS-CoV-2 émergent qui peuvent résister ou échapper aux stratégies de confinement actuelles.
Sommaire
Thérapies antivirales
Bien que la réutilisation des médicaments antiviraux disponibles ait été utilisée pour cibler le SRAS-CoV-2 en raison du besoin urgent présenté par la pandémie, les résultats ont eu un succès mitigé.
Cela met en évidence le besoin crucial de concevoir des modèles de dépistage des médicaments plus précis, de nouvelles plates-formes d’administration de médicaments et des stratégies antivirales innovantes. Les critiques soulignent que pendant cette crise pandémique, les biomatériaux ont joué un rôle clé dans le développement de solutions vitales en réponse aux maladies virales (modèles de bio-impression et 3D in vitro modèles tissulaires), allant des revêtements de surface désactivant les virus aux stratégies de traitement et aux vaccins.
Modèles de dépistage de drogues
Les examinateurs ont souligné le manque de in vitro modèles pour comprendre à la fois la réponse immunitaire de l’hôte contre le SRAS-CoV-2. Les cellules Vero, le modèle actuel de référence pour le criblage thérapeutique antiviral, sont dépourvues de grappes de gènes d’interféron de type I.
La signalisation de l’interféron est la première ligne de défense contre les infections virales et est également un régulateur important de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) – le récepteur impliqué dans l’infiltration des cellules hôtes du SRAS-CoV-2. Cela explique le succès des antiviraux dans les cellules Vero, avec peu ou pas d’avantages pour les patients COVID-19 dans les cliniques.
Cependant, les biomatériaux conçus comme des échafaudages ou des organoïdes définis biologiquement et chimiquement peuvent être utilisés pour modéliser l’infection par le SRAS-CoV-2 en récapitulant la complexité et l’hétérogénéité spatiale des systèmes du corps humain à un niveau macroscopique. Les technologies de l’organe sur puce pourraient également être exploitées dans cette direction.
Systèmes d’administration de médicaments
Les examinateurs discutent également de la façon dont les biomatériaux peuvent être des systèmes d’administration de médicaments efficaces: les systèmes d’administration à base de biomatériaux réduisent la dose de médicament et stabilisent les antiviraux, fournissent également un meilleur ciblage des tissus, atténuent l’exposition systémique et limitent les effets indésirables hors cible. Parce que les propriétés des biomatériaux (caractéristiques physico-chimiques, réactivité aux stimuli, taille et géométrie) sont réglables, elles peuvent être ajustées pour améliorer la biocompatibilité et la biostabilité, ainsi que pour contrôler et cibler l’administration de médicaments.
Les biomatériaux présentent également une grande flexibilité en termes de mode d’administration; une administration orale, une implantation chirurgicale, une injection ou une inhalation peuvent être envisagées.
Nanovésicules cellulaires
Les nanovésicules cellulaires utilisent des stratégies centrées sur les biomatériaux, telles que les NP imitant les cellules, pour agir comme des nanodecoys pour piéger et séquestrer le virus SARS-CoV-2 ou comme des nanosponges pour absorber et neutraliser les cytokines pro-inflammatoires pour atténuer les tempêtes de cytokines chez les patients atteints de COVID-19 sévère . Les critiques ont cité divers exemples où des nanovésicules issues de biomatériaux remplissent des fonctions contre le SRAS-CoV-2, augmentant une activité neutralisante élevée, améliorant les actions des cytokines ou fabriquées pour agir comme des modèles exprimant ACE2.
Vaccins contre le SRAS-CoV-2
Pour un vaccin sûr et efficace contre le SRAS-CoV-2, qui est également économique pour la production à grande échelle, plusieurs approches peuvent être explorées. Il s’agit notamment des vaccins traditionnels basés sur des virus inactivés ou vivants, des vaccins à vecteurs viraux et sous-unitaires, et des technologies radicalement nouvelles pour la vaccination utilisant l’ARN ou l’ADN. Les examinateurs ont résumé les vaccins candidats contre le SRAS-CoV-2 qui sont actuellement en phase 3 d’essais cliniques.
Les vaccins ARNm-1273 de Moderna et BNT162b2 de Pfizer / BioNTech seraient efficaces à plus de 90% dans la prévention du COVID-19; ceux-ci reposent sur les NP lipidiques pour une meilleure administration intracellulaire. Cela met en évidence le rôle central des biomatériaux dans l’obtention d’une efficacité vaccinale élevée, pouvant aboutir à la fin de la pandémie.
Cependant, ces vaccins posent plusieurs limites: une courte durée de vie, une exigence de stockage frigorifique, pas de dose minimale et une faible immunogénicité. Pour surmonter ces lacunes, les scientifiques utilisent différents biomatériaux pour remédier à chacun d’entre eux. Par exemple, un vaccin ARNm du SRAS-CoV-2 encapsulé dans des liposomes composés de 2-distéaroyl-sn-glycéro-3-phosphocholine, de cholestérol et de PEG, est stable pendant plus d’une semaine à température ambiante et déclenche l’immunité contre le SRAS-CoV- 2.
Notre laboratoire a récemment conçu des cryogels générateurs d’oxygène (O2-cryogels), un système d’hydrogel macroporeux sophistiqué et avancé, avec la capacité unique d’inverser l’immunosuppression induite par l’hypoxie dans les tumeurs solides.
Conclusion
Les chercheurs ont souligné que les biomatériaux de pointe ont le potentiel de servir d’outils redoutables dans la lutte contre le SRAS-CoV-2. Ces efforts pourraient non seulement contribuer à arrêter ou atténuer la pandémie actuelle, mais fourniront également des plates-formes peu orthodoxes pour nous comprendre, nous prévenir et nous protéger des futures épidémies virales, suggèrent les chercheurs.
