Imaginez si les scientifiques pouvaient stopper l'infection à coronavirus sur ses traces simplement en détournant son attention des cellules pulmonaires vivantes? Une nouvelle contre-mesure thérapeutique, annoncée dans un Nano lettres Une étude menée par des chercheurs des Laboratoires nationaux des maladies infectieuses émergentes de l'Université de Boston (NEIDL) et de l'Université de Californie à San Diego, semble le faire dans des expériences menées au NEIDL de Boston.
Cette technologie révolutionnaire pourrait avoir des implications majeures pour lutter contre le virus du SRAS-CoV-2 responsable de la pandémie mondiale qui a déjà fait près de 450 000 vies et infecté plus de 8 millions de personnes. Mais, ce qui est peut-être encore plus important, il a le potentiel d'être adapté pour combattre pratiquement n'importe quel virus, comme la grippe ou même Ebola.
J'étais sceptique au début car cela semblait trop beau pour être vrai. Mais quand j'ai vu la première série de résultats dans le laboratoire, j'étais juste étonné. «
Anna Honko, microbiologiste NEIDL, l'un des co-premiers auteurs de l'étude
La technologie consiste en de très petites gouttes nanométriques de polymères – essentiellement des plastiques doux et respectueux de l'environnement – recouverts de fragments de membranes de cellules pulmonaires et de cellules immunitaires vivantes.
Dans des études sur la culture cellulaire au Laboratoire national des maladies infectieuses émergentes de BU, des nanosponges contenant des fragments de membranes cellulaires pulmonaires ont attiré et fusionné avec le virus SARS-CoV-2 responsable des infections à COVID-19, empêchant le coronavirus d’infecter des cellules pulmonaires vivantes. Photo gracieuseté du laboratoire Griffiths / BU NEIDL
« Il ressemble à une nanoparticule recouverte de morceaux de membrane cellulaire », explique Honko. « Le petit polymère (gouttelette) imite une cellule entourée d'une membrane. »
Le virus SARS-CoV-2 recherche des signatures uniques des membranes des cellules pulmonaires et s'y accroche. Lorsque cela se produit à l'intérieur du corps humain, l'infection à coronavirus prend racine, les virus du SRAS-CoV-2 détournant les cellules pulmonaires pour reproduire leur propre matériel génétique. Mais lors d'expériences au NEIDL, les chercheurs de la BU ont observé que les gouttelettes de polymère chargées de morceaux de membrane cellulaire pulmonaire réussissaient mieux à attirer le virus du SRAS-CoV-2 que les cellules pulmonaires vivantes.
En fusionnant avec le virus du SRAS-CoV-2 mieux que les cellules vivantes, la nanotechnologie semble être une contre-mesure efficace à l'infection par un coronavirus, empêchant le SRAS-CoV-2 d'attaquer les cellules.
« Notre supposition est qu'elle agit comme un leurre, elle rivalise avec les cellules pour le virus », explique le microbiologiste NEIDL Anthony Griffiths, co-auteur correspondant de l'étude. « Ce sont de petits morceaux de plastique, contenant juste les morceaux de cellules externes sans aucune des machines cellulaires internes contenues à l'intérieur des cellules vivantes. Conceptuellement, c'est une idée si simple. Elle nettoie le virus comme une éponge. »
Cet attribut est la raison pour laquelle l'équipe de recherche de UC San Diego et BU appelle la technologie « nanosponges ». Une fois que le SRAS-CoV-2 se lie aux fragments cellulaires à l'intérieur d'une gouttelette de nanosponge – chacun mille fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain – le coronavirus meurt. Bien que les premiers résultats soient basés sur des expériences menées dans des boîtes de culture cellulaire, les chercheurs pensent qu'à l'intérieur d'un corps humain, les nanosponges biodégradables et le virus SARS-CoV-2 piégés à l'intérieur pourraient alors être éliminés par le système immunitaire du corps. Le système immunitaire se décompose régulièrement et se débarrasse des fragments de cellules mortes causés par une infection ou des cycles de vie cellulaires normaux.
Il existe également un autre effet important que les nanosponges ont dans le contexte d'une infection par un coronavirus. Honko dit que les nanosponges contenant des fragments de cellules immunitaires peuvent absorber les signaux cellulaires qui augmentent l'inflammation. La détresse respiratoire aiguë, causée par une cascade inflammatoire à l'intérieur des poumons, est l'aspect le plus mortel de l'infection à coronavirus, envoyant les patients dans l'unité de soins intensifs pour obtenir de l'oxygène ou un ventilateur pour les aider à respirer.
Mais les nanosponges, qui peuvent attirer les molécules inflammatoires qui envoient le système immunitaire dans une surmultiplication dangereuse, peuvent aider à atténuer cette réponse, dit Honko. En utilisant les deux types de nanosponges, certaines contenant des fragments de cellules pulmonaires et d'autres contenant des morceaux de cellules immunitaires, elle dit qu'il est possible « d'attaquer le coronavirus et la réponse (du corps) » responsables de la maladie et d'une éventuelle insuffisance pulmonaire.
Au NEIDL, Honko et Griffiths prévoient maintenant des expériences supplémentaires pour voir dans quelle mesure les nanosponges peuvent prévenir l'infection par les coronavirus dans des modèles animaux de la maladie. Ils prévoient de travailler en étroite collaboration avec l'équipe d'ingénieurs de l'UC San Diego, qui a développé les nanosponges pour la première fois il y a plus de dix ans, pour adapter la technologie à une utilisation sûre et efficace à terme chez l'homme.
« Traditionnellement, les développeurs de médicaments pour les maladies infectieuses se penchent sur les détails de l'agent pathogène afin de trouver des cibles médicamenteuses », a déclaré Liangfang Zhang, nano-ingénieur à UC San Diego et chef de l'équipe basée en Californie, selon un communiqué de presse de UC San Diego. . « Notre approche est différente. Nous avons seulement besoin de savoir quelles sont les cellules cibles. Et puis nous visons à protéger les cibles en créant des leurres biomimétiques. »
Lorsque le nouveau coronavirus est apparu pour la première fois, l'idée d'utiliser les nanosponges pour combattre l'infection est venue à Zhang presque immédiatement. Il a demandé l'aide de la NEIDL. Pour l'avenir, les collaborateurs de BU et d'UC San Diego pensent que les nanosponges peuvent facilement être converties en un traitement non invasif.
« Nous devrions être en mesure de le déposer directement dans le nez », a déclaré Griffiths. « Chez l'homme, cela pourrait être quelque chose comme un spray nasal. »
Honko est d'accord: « Ce serait une méthode d'administration facile et sûre qui devrait cibler les tissus (respiratoires) appropriés. Et si vous vouliez traiter des patients qui sont déjà intubés, vous pourriez le livrer directement dans les poumons. »
Griffiths et Honko sont particulièrement intrigués par les nanosponges en tant que nouvelle plateforme pour traiter tous les types d'infections virales. « L'aspect à large spectre de cette situation est exceptionnellement attrayant », a déclaré Griffiths. Les chercheurs disent que le nanosponge pourrait être facilement adapté pour abriter d'autres types de membranes cellulaires préférées par d'autres virus, créant de nombreuses nouvelles opportunités d'utiliser la technologie contre d'autres infections difficiles à traiter comme la grippe et même les fièvres hémorragiques mortelles causées par Ebola, Marburg ou les virus de Lassa.
« Je suis curieux de voir jusqu'où nous pouvons pousser cette technologie », a déclaré Honko.
La source:
Référence de la revue:
Qiangzhe Zhang, Anna Honko, Jiarong Zhou, Hua Gong, Sierra N. Downs, Jhonatan Henao Vasquez, Ronnie H. Fang, Weiwei Gao, Anthony Griffiths et Liangfang Zhang Nano Letters Article ASAP DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c0227878