Глобальная пандемия коронавирусного заболевания 2019 года (COVID-19) продолжается. На сегодняшний день коронавирус 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), возбудитель COVID-19, заразил более 138,3 миллиона человек и стал причиной более 2,9 миллиона смертей во всем мире. Несмотря на значительные успехи в глобальной кампании вакцинации, исследователи все еще ищут возможные терапевтические варианты для снижения тяжести заболевания у тех, кого она затрагивает. В одной области изучается потенциал биоматериалов.

Наука о биоматериалах в настоящее время раздвигает границы новых технологий для исследований и лечения. Биоматериалы представляют собой эффективные платформы для доставки лекарств, которые можно использовать для разработки противовирусных препаратов. Несколько примеров биоматериалов – гидрогели, криогели и наночастицы (НЧ, такие как липосомы).

В недавнем обзоре, опубликованном в журнале Emergent Materials группа исследователей дает свой взгляд на то, как биоматериалы могут быть использованы для терапевтических стратегий против COVID-19.

Биоматериалы производятся из природных или синтетических материалов, которые были созданы для взаимодействия с биологическими системами в терапевтических или диагностических целях ».

Команда обсудила, как биоматериалы могут быть использованы для разработки точных и продвинутых моделей инфекции COVID-19, улучшения доставки противовирусных лекарств, стимулирования новых противовирусных стратегий и повышения эффективности вакцины. Подробный анализ этих возможностей необходим, когда появится больше вариантов SARS-CoV-2, которые смогут противостоять существующим стратегиям сдерживания или уклоняться от них.

Противовирусная терапия

Несмотря на то, что для борьбы с SARS-CoV-2 использовалось перепрофилирование имеющихся противовирусных препаратов в связи с острой необходимостью, вызванной пандемией, результаты были неоднозначными.

Это подчеркивает острую необходимость в разработке более точных моделей скрининга лекарств, новых платформ доставки лекарств и инновационных противовирусных стратегий. Авторы обзора отмечают, что во время этого пандемического кризиса биоматериалы сыграли ключевую роль в разработке спасательных решений в ответ на вирусные заболевания (инженерные модели биопечати и трехмерные модели тканей in vitro ), заимствованные из вирусов. -деактивация поверхностных покрытий для лечебных стратегий и вакцин.

Модели проверки на наркотики

Авторы обзора подчеркнули отсутствие физиологически релевантных in vitro моделей для понимания иммунного ответа хозяина против SARS-CoV-2. В клетках Vero, нынешней модели золотого стандарта для антивирусного терапевтического скрининга, отсутствуют кластеры генов интерферона типа I.

Передача сигналов интерферона является первой линией защиты от вирусных инфекций, а также важным регулятором ангиотензин-превращающего фермента 2 (ACE2) – рецептора, участвующего в инфильтрации клеток-хозяев SARS-CoV-2. Это объясняет успех противовирусных препаратов в клетках Vero, которые приносят мало пользы пациентам с COVID-19 в клиниках или не приносят никакой пользы

.

Однако биоматериалы, сконструированные как биологически и химически определенные каркасы или органоиды, могут быть использованы для моделирования инфекции SARS-CoV-2 путем повторения сложности и пространственной неоднородности систем человеческого тела на макроуровне. В этом направлении также можно использовать технологии "орган на кристалле".

Системы доставки лекарств

Обозреватели также обсуждают, как биоматериалы могут быть эффективными системами доставки лекарств: системы доставки на основе биоматериалов снижают дозу лекарств и стабилизируют противовирусные препараты, а также обеспечивают лучшее нацеливание на ткани, смягчают системное воздействие и ограничивают побочные эффекты за пределами цели. Поскольку свойства биоматериалов (физико-химические характеристики, чувствительность к стимулам, размер и геометрия) можно настраивать, их можно настраивать для повышения биосовместимости и биостабильности, а также для контроля и целевой доставки лекарств.

Биоматериалы также демонстрируют высокую гибкость с точки зрения способа их введения; Можно рассмотреть возможность перорального введения, хирургической имплантации, инъекции или ингаляции.

Клеточные нанопузырьки

Клеточные нанопузырьки используют стратегии, ориентированные на биоматериал, такие как имитирующие клетки НЧ, чтобы действовать как нанодекозы для улавливания и секвестрации вируса SARS-CoV-2 или как наногубки для поглощения и нейтрализации провоспалительных цитокинов для облегчения цитокиновых штормов у пациентов с тяжелыми формами заболевания. COVID-19. Авторы обзора привели различные примеры, когда нанопузырьки, созданные из биоматериалов, выполняют функции против SARS-CoV-2, повышая высокую нейтрализующую активность, усиливая действие цитокинов, или производятся, чтобы действовать как модели, экспрессирующие ACE2.

Вакцины против SARS-CoV-2

Для безопасной и эффективной вакцины против SARS-CoV-2, которая также является экономичной для крупномасштабного производства, можно изучить несколько подходов. К ним относятся традиционные вакцины на основе инактивированного или живого вируса, вирусно-векторные и субъединичные вакцины, а также радикально новые технологии вакцинации с использованием РНК или ДНК. Авторы обзора обобщили кандидатуры вакцины против SARS-CoV-2, которые в настоящее время проходят фазу 3 клинических испытаний.

По сообщениям, вакцины мРНК-1273 Moderna и мРНК BNT162b2 компании Pfizer / BioNTech более чем на 90% эффективны в предотвращении COVID-19; они полагаются на липидные НЧ для усиленной внутриклеточной доставки. Это подчеркивает ключевую роль биоматериалов в достижении высокой эффективности вакцины, что, возможно, приведет к окончанию пандемии.

Однако эти вакцины имеют несколько ограничений: короткое время жизни, необходимость хранения в холодильнике, отсутствие минимальной дозы и низкая иммуногенность. Чтобы преодолеть эти недостатки, ученые используют разные биоматериалы для устранения каждого из них. Например, вакцина мРНК SARS-CoV-2, инкапсулированная в липосомы, состоящая из 2-дистеароил-sn-глицеро-3-фосфохолина, холестерина и PEG, стабильна более 1 недели при комнатной температуре и запускает иммунитет против SARS-CoV- 2.

Наша лаборатория недавно разработала генерирующие кислород криогели (O2-криогели), сложную и продвинутую систему макропористого гидрогеля, с уникальной способностью обращать вспять вызванную гипоксией иммуносупрессию в солидных опухолях ».

Заключение

Исследователи подчеркнули, что современные биоматериалы могут служить мощным инструментом в борьбе с SARS-CoV-2. Эти усилия могут не только способствовать остановке или смягчению текущей пандемии, но также предоставят неортодоксальные платформы для понимания, предотвращения и защиты нас от будущих вирусных вспышек, предполагают исследователи.