Автор AZoNano сен 22 2020

Группа ученых из Национального центра развития трансляционных наук (NCATS) и Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL) в Вашингтоне, округ Колумбия, разработала новый инструмент, имитирующий вирус SARS-CoV-2. вызывающий COVID-19 – заражает клетку, информация, которая потенциально может ускорить поиск методов лечения этой болезни.

Инструмент представляет собой флуоресцентный зонд с наночастицами, который использует спайковый белок на поверхности SARS-CoV-2 для связывания с клетками и запуска процесса, который втягивает вирус в клетку. Зонд можно использовать в тестах для быстрой оценки способности биопрепаратов, лекарств и соединений блокировать вирус от заражения клеток человека. Результаты исследователей опубликованы в Интернете 26 августа в ACS Nano .

«Наша цель – создать систему скрининга для поиска соединений, которые блокируют связывание SARS-CoV-2 с клетками и их инфицирование», – пояснил Кирилл Горшков, доктор философии, ученый-транслятор NCATS и соавтор исследования.

Однако использование реального вируса в таких скрининговых исследованиях было бы затруднительно и потребовало бы специальных средств. Вместо этого Горшков и Ынкеу О, доктор философии, биофизик-исследователь из NRL и соавтор исследования, и их коллеги хотели использовать наночастицы, чтобы имитировать вирусную функцию связывания и вторжения в клетку человека-хозяина.

Исследователи NCATS и NRL сотрудничали в разработке и тестировании зонда, объединив свои дополнительные навыки, чтобы получить результаты гораздо раньше, чем это было бы при отдельных исследованиях. Команда NRL, возглавляемая Мейсоном Волаком, доктором философии, экспертом в области оптических наноматериалов, создала первоначальное сотрудничество

«Мы в NRL – эксперты в области наночастиц, а исследователи NCATS – эксперты в скрининге лекарств с использованием клеточных систем», объяснил Ох. «Итак, это было идеальное совпадение.»

Чтобы создать зонд, ученые NRL построили флуоресцентную наночастицу, называемую квантовой точкой, сделанную из кадмия и селена. Эти сферические наночастицы размером около 10 нанометров в 3000 раз меньше ширины человеческого волоса.

Исследовательская группа NCATS-NRL затем изучила поверхности квантовых точек с участком спайкового белка SARS-CoV-2, который связывается с рецептором ангиотензин-превращающего фермента 2 (ACE2) на клетках человека. Объединение белка-шипа с ACE2 является первым шагом на пути к вирусной инфекции.

Свечение квантовых точек позволяет ученым отслеживать поведение точек под микроскопом. «Поскольку квантовые точки являются такими яркими флуоресцентными объектами, они дают нам мощную систему для отслеживания прикрепления вирусов и их воздействия на клетку в реальном времени», объяснил Горшков.

Исследователи проследили, как зонды квантовых точек взаимодействуют с человеческими клетками, на поверхности которых есть ACE2. Они наблюдали, как зонды наночастиц прикрепляются к ACE2, который объединяется с зондами и втягивает их в клетки. Зонды с квантовыми точками сделали то же самое с линией клеток легких, обычно используемой в анализах на коронавирус. Данные по безопасности показали, что зонды не были токсичными для тестируемых клеток при концентрациях и времени воздействия, использованных в исследовании.

Квантовые точки следовали по пути SARS-CoV-2 в клетки, но исследовательская группа обнаружила, что зонды также имитировали вирус в присутствии антител. Антитела – это белки, вырабатываемые иммунной системой, которые могут нейтрализовать вирусы, такие как SARS-CoV-2. Антитела оказались мощными ингибиторами зондов квантовых точек, предотвращая их связывание с ACE2 и проникновение в клетки человека.

Этот ответ антител означает, что зонды с квантовыми точками могут помочь исследователям быстро проверить способность потенциальных терапевтических агентов блокировать проникновение вируса и инфицирование клеток. Анализы с использованием зондов также могут определять концентрации, при которых потенциальное лечение может безопасно и эффективно блокировать инфекцию.

«Используя квантовые точки, мы могли бы создавать тесты для использования при скрининге и перепрофилировании лекарств, используя библиотеки соединений, которые обладают активностью, но также одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США», Горшков сказал. «Такие анализы могут быстро выявить многообещающие и безопасные методы лечения COVID-19».

ACE2 может быть не единственной мишенью для рецепторов SARS-CoV-2, а гибкая конструкция зонда с квантовыми точками позволит исследователям менять шипы, которые связываются с другими рецепторами. С помощью этого зонда исследователи также могли проверить, как мутации в шипе изменяют поведение вируса и насколько хорошо работают лекарства, добавляя мутировавшие шипы к квантовым точкам.

Помимо SARS-CoV-2, исследователи могли пересмотреть зонд с наночастицами, чтобы имитировать другие вирусы и выявить пути их заражения. По словам Горшкова, зонды с квантовыми точками также могут быть полезны при тестировании потенциальных методов лечения других заболеваний. Квантовые точки также могут доставлять лекарства непосредственно в клетки, сужая лечение до определенных типов клеток, органов или рака.

Источник: https://ncats.nih.gov/