Πως θα βοηθήσει η νανοτεχνολογία στην εξάλειψη της Covid-19

Η νανοτεχνολογία φαίνεται πως είναι πολλά υποσχόμενη διανοίγοντας την προοπτική στο άμεσο μέλλον να εξασφαλίσει την ανάπτυξη νέων και καινοτόμων νανοτεχνολογικών φαρμάκων εναντίον της πανδημίας που βιώνουμε αλλα και μελλοντικών πανδημιών. Αρκετοί επιστήμονες πιστεύουν ότι άμεσα θα αρχίσουν κλινικές μελέτες σε νανοτεχνολογικές συσκευές «κάθαρσης» του οργανισμού από μολυσματικούς παράγοντες.

Σε πρόσφατο (7-10-2021) άρθρο ανασκόπησης το οποίο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Biotechnology Vol. 39, October 2021, 1169-1175, οι συγγραφείς του άρθρου αναφέρονται στις θεραπευτικές και προστατευτικές εξελίξεις που προσφέρει η νανοτεχνολογία στον τομέα της θεραπείας και προστασίας του ανθρώπου από τους ιούς και από τον ιό SARS-CoV-2. Ο kαθηγητής του Τμήματος Φαρμακευτική του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών Κωνσταντίνος Δεμέτζος (demetzos@pharm.uoa.gr) παρουσιάζει τα σημαντικότερα σημεία του άρθρου αυτού.

Τα λιπιδικά νανοσωματίδια που έχουν χρησιμοποιηθεί ως δομικά συστατικά των εμβολίων εναντίον του ιού SARS-CoV-2, έχει επιβεβαιωθεί ότι είναι ασφαλή και αποτελεσματικά, όχι μόνο από τις κλινικές μελέτες, αλλά και από την χορήγηση τους σε δισεκατομμύρια δόσεις παγκοσμίως για την προστασία εναντίον της COVID-19. Ελπίδα δίνουν νέες πρωτοποριακές μελέτες δημοσιεύονται και γίνονται εμφανείς οι προοπτικές ανάπτυξης και μελλοντικής έγκρισης νέων αντιιικών θεραπειών βασισμένων στην νανοτεχνολογία. Επιτακτική είναι η ανάγκη ανάπτυξης νέων αντιιικών φαρμάκων με στοχευμένη δράση, με μειωμένες ανεπιθύμητες ενέργειες και με την μέγιστη δυνατή αποτελεσματικότητα, σχετίζεται και με την προοπτική εμφάνισης νεών πανδημικών ή και ενδημικών καταστάσεων που μπορεί να οφείλονται στην εξελικτική διαδικασία και στις μεταλλάξεις νοσογόνων παραγόντων, όπως των ιών.

Το άρθρο αναφέρεται αρχικά στην χρήση νανο-βιοϋλικών τα οποία θα δημιουργήσουν νανοσυσκευές με συγκεκριμένη λειτουργικότητα, όπως τον «καθαρισμό» του οργανισμού από  μολυσματικούς παράγοντες, αλλά και από τον SARS-CoV-2. Το ενδιαφέρον είναι ότι οι νανοσυσκευές αυτές με δομικά υλικά λιπίδια ή και πολυμερή είναι βιοσυμβατές και βιοαποικοδομίσιμες από τον ανθρώπινο οργανισμό, και αποβάλλονται μέσω των φυσιολογικών ανθρώπινων λειτουργιών. Οι νανοσυσκευές αυτές αναγνωρίζοντας τα δομικά χαρακτηριστικά  των ιών, θα συνδέονται με αυτούς και θα τους καταστρέφουν. Σημαντικό στοιχείο εδώ είναι η έννοια της αναγνωρισιμότητας του νοσογόνου

Νανοσυσκευές

Οι ιοί έχουν στην επιφάνεια τους γλυκοπρωτεϊνες για να συνδέονται με τα κύτταρα ξενιστές του ανθρώπου. Νανοσυσκευές οι οποίες θα μιμούνται (δηλ. βιο-μιμητικές νανοσυσκευές) τα σημεία σύνδεσης του ιού με τα κύτταρα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ώστε ο ιός όταν προσπαθήσει να συνδεθεί με τα κύτταρα στόχους, να μην βρίσκει ελεύθερες περιοχές σύνδεσης ώστε να μολύνει τον ανθρώπινο οργανισμό.

Στόχος είναι η παραγωγή των νανοσυσκευών που ονομάζονται nanosponges  που θα μιμούνται την συμπεριφορά βιολογικών μεμβρανών. Η διαδικασία έχει ως εξής: Απομόνωση μεμβρανών από μακροφάγα κύτταρα και ερυθροκύτταρα, διάσπαση αυτών των μεμβρανών σε μικρά σωματίδια και στην συνέχεια  ενσωμάτωση τους σε nanosponges. Οι καινοτόμες νανοσυσκευές στην επιφάνεια τους φέρουν  τους «βιολογικούς φρουρούς» δηλαδή πρωτεΐνες οι οποίες υπάρχουν στις μεμβράνες των μακροφάγων και των ερυθροκυττάρων. Έτσι συνδέονται με τους μολυσματικούς ιούς, τους εξουδετερώνουν και δεν επιτρέπουν την μόλυνση του ανθρώπινου οργανισμού, μιμούμενες την συμπεριφορά των μακροφάγων κυττάρων μας.

Το  προηγούμενο έτος βρέθηκε ότι η τεχνολογία των nanosponges με επικάλυψη με μεμβράνες που προέρχονται από ανθρώπινα επιθηλιακά κύτταρα τύπου ΙΙ του πνεύμονα ή από μεμβράνες μακροφάγων, εμποδίζουν την μόλυνση κυττάρων από τον ιό SARS-CoV-2, σε in vitro πειράματα. Ο σχεδιασμός των nanosponges, σχετίζεται επίσης με το ένζυμο ACE2 και με την πρωτεΐνη CD147 μέσω των οποίων ο ιός SARS-CoV-2  συνδέεται και προκαλεί την μόλυνση. Οι προκλινικές μελέτες αφορούν στον ιό που προκαλεί τον δάγκειο πυρετό, στον ιό SARS-CoV 2 καθώς και σε άλλους ιούς.

Εταιρεία Βιοτεχνολογίας στην Αυστραλία αναπτύσσει πολυμερή της κατηγορίας των δενδριμερών τα οποία είναι πολυκλαδισμένα πολυμερή 4^ης γενεάς. Αυτά χαρακτηρίζονται με τον κωδικό SPL 7013 και τα οποία χρησιμοποιούνται ήδη ως ιατρο-τεχνολογικά προϊόντα και ως νανοσυσκευές προστασίας από σεξουαλικώς μεταδιδόμενους μολυσματικούς παράγοντες.

Νανοσωματίδια  πυριτίου

Πρόκειται για νανοσωματίδια τα οποία μπορούν και εγκλωβίζουν ιούς συνδεόμενα με αυτούς μέσω «ακίδων» μεγέθους 5-10 nm  τις οποίες φέρουν στην επιφάνεια τους και οι οποίες αναγνωρίζουν τα σημεία σύνδεσης με την επιφάνεια των ιών. Με αυτό τον τρόπο συνδέονται μαζί τους μέσω των γλυκοπρωτεϊνών που υπάρχουν στην επιφάνεια τους και δεν επιτρέπουν την μόλυνση των ανθρώπινων κυττάρων. Έτσι αναπτύσσονται οι λεγόμενες «βιομιμητικς’ νανοσυσκευές με «ακίδες» που αποτελούνται από σάκχαρα με σιαλικό οξύ, αυξάνεται η συνδεσιμότητα τους με τον ιό και έτσι τον καταστρέφουν. Πειράματα in vitro  εναντίον του ιού της γρίπης έδειξαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα και οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα έχουν θετικά αποτελέσματα και εναντίον τοι ιού SARS-CoV-2

Αστεροειδής νανοδομές

Έχουν αναπτυχθεί σε επίπεδο νανοδιαστάσεων στις ΗΠΑ και οι οποίες μπορούν να συνδέονται σε περιοχές της επιφάνειας του ιού που προκαλεί τον δάγκειο πυρετό, ενώ μελετώνται και εναντίον του ιού SARS-CoV-2.

Αστεροειδή νανοσωματίδια

Οι επιστήμονες δημιούργησαν “φακέλους ή κελύφη“, τα οποία μπορούν και εγκλωβίζουν τους ιούς πριν προλάβουν να μολύνουν τα ανθρώπινα κύτταρα. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι τα λεγόμενο νανοκελύφη (nanoshells)  μπορούν να μειώσουν το ιικό φορτίο μετά την μόλυνση καταστρέφοντας τον ιό μετά τον εγκλωβισμό του σε αυτά τα νανοκελύφη. Οι διαστάσεις των νανοκελυφών είναι  90 – 300 nm

Η εφαρμογή νανοδομών τύπου μικκυλίων:

Στόχος είναι η  ανάπτυξη καινοτόμων νανοδομών που θα επιτυγχάνουν την διάλυση του ιικού καψιδίου και της καταστροφής του ιού. Τα νανομικκύλια λειτουργούν ως «καθαριστικά» λόγω των επιφανειοδραστικών τους ιδιοτήτων διαλύοντας την φωσφολιπιδική μεμβράνη του ιού την οποία αναγνωρίζουν λόγω των ‘αισθητήρων’ που έχουν στην επιφάνεια τους και οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των πεπτιδίων. Οι «αισθητήρες» αυτοί συνδέονται με τις γλυκοπρωτεΐνες του SARS-CoV-2, με αποτέλεσμα ο ιός να καταστρέφεται

Αντιιικά πεπτίδια:

Χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη νέων αντιιικών φαρμάκων με μηχανισμό δημιουργίας οπών στην μεμβράνη του ιού με αποτέλεσμα την καταστροφή του, πριν μολύνει τα ανθρώπινα κύτταρα. Τα αποτελέσματα της νανοτεχνολογικής πλατφόρμας με πεπτίδια τύπου «μοριακού τρυπανιού», έχει δείξει θετικά αποτελέσματα εναντίον του ιού Ζήκα (Zika virus), σε in vivo πειράματα.