Пандемия COVID-19 распространилась по всему миру, вызывая более 13,75 миллионов подтвержденных инфекций и более 589 000 смертей до сих пор. Многие антивирусные препараты широкого спектра действия были опробованы в попытке остановить распространение пандемии. Но никаких конкретных вакцин или методов лечения до сих пор не найдено, а это означает, что основой поддерживало только поддерживающее лечение.

В новой статье исследователей из США и Китая, опубликованной на сервере препринтов bioRxiv * в июле 2020 г., обсуждается новый препарат на основе фермента каталазы, который может сыграть важную роль в уменьшении воспаления. связанный с прогрессирующим и тяжелым заболеванием COVID-19. Хотя механизм заболевания еще не ясен, имеющиеся данные указывают на возникновение цитокинового штормового синдрома.

Что такое синдром цитокинового шторма?

У некоторых пациентов или после лечения определенными лекарственными средствами наблюдается явление, характеризующееся серьезным полиорганным повреждением, вызванным перепроизводством цитокинов. Некоторые состояния, при которых это происходит, включают трансплантацию органов, аутоиммунное заболевание, иммунотерапию рака и вирусные инфекции. В некоторых ситуациях он может привести к летальному исходу, если не будет должным образом обработан, и называется синдромом цитокинового шторма.

Непосредственное лечение состоит в снижении чрезмерного уровня воспаления и неконтролируемого иммунного ответа. Это включает иммуносупрессию как со стероидами, внутривенным иммуноглобулином, так и специфическими лекарственными средствами, нацеленными на тот или иной из участвующих цитокинов, такими как тоцилизумаб, блокатор IL-6.

Исследование: сокращение производства АФК

Тем не менее, текущее исследование пошло другим путем, рассматривая возможность вмешательства на втором уровне, то есть подавление производства активных форм кислорода (АФК), которое коррелирует с воспалением, повреждением органов в результате окислительного повреждения мембранных липидов. , Окисление ДНК и белка, индуцирующий апоптоз клеток. Более высокие уровни АФК также связаны с более высокими уровнями вирусной инфекции и репликации.

Исследователи проверили использование препарата, который может регулировать уровень АФК. АФК – это метаболиты кислорода, которые являются сильными окислителями, которые в основном генерируются цепью переноса электронов в митохондриях и цитохроме P450, а также через ферменты оксидазы, обнаруженные во многих клетках, особенно в эндотелии и фагоцитах.

Поколение ROS

Процесс генерации АФК начинается с супероксидных анионов, которые, будучи нестабильными, быстро превращаются в H2O2 или перекись водорода через супероксиддисмутазу. Это может быть преобразовано в кислород и воду через фермент каталазу, или в HOCl через миелопероксидазу (MPO), или в воду через комплекс глютатион / глутатионпероксидаза (GSH / GPX).

Если антиоксидантных ферментов недостаточно, или если АФК продуцируются в избыточных количествах, H2O2 может накапливаться в тканях, вызывая повреждение окислительного белка и вызывая образование большего количества АФК. Таким образом, жизненно важно избавиться от этого химического вещества, когда оно присутствует в больших количествах.

И наоборот, АФК является частью вооружения организма против инфекций, а также неотъемлемой частью сигнального механизма организма. Его генерация имеет важное значение для привлечения лейкоцитов в раны, чтобы модулировать иммунный ответ. Таким образом, необходимо уменьшить чрезмерное производство АФК, а не подавлять их полностью. Это также может восстановить нормальную иммунную функцию.

Роль каталазы

Каталаза является наиболее распространенным и эффективным ферментом, расщепляющим H2O2. Он обнаружен в печени, эритроцитах и ​​альвеолярных клетках легких. Он способен разложить 10 ⁷ молекул H2O2 в течение одной секунды. Проблема в том, что этот фермент нестабилен.

Стабилизирующая каталаза

Для использования в качестве терапевтического средства каталаза должна быть стабилизирована. Для этого исследователи заключили каталазу в тонкую полимерную оболочку с помощью полимеризации in situ, используя мономеры гидрохлорида 2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолина (ПДК) и N- (3-аминопропил) метакриламида (АРМ), а также N, N'-метиленбисакриламид ( BIS) в качестве сшивающего агента.

Полимеризация окружает каждую отдельную молекулу каталазы, образуя нанокапсулы или n (CAT). Тонкая структура оболочки предотвращает расщепление фермента, но позволяет H2O2 легко проходить через него. Таким образом, n (CAT) поставляется в высокоактивной стадии, с превосходной стабильностью и более длительным периодом полураспада.

Фактически, n (CAT) обладает лучшей термической стабильностью, сохраняя 90% стабильности после инкубации в буфере при 37 ^o C по сравнению с нативным ферментом и 87% после инкубации с трипсином, 100 % после хранения при 4 ^o C или 25 ^o C, и более 90% после сушки вымораживанием.

Защита от окислительной травмы

Исследователи хотели изучить способность этого препарата предотвращать окислительное повреждение в тканях легких, используя альвеолярные эпителиальные клетки легких человека. Они культивировали эти клетки с n (CAT) в различных концентрациях и обнаружили, что они остаются жизнеспособными, исключая любую цитотоксичность.

Затем они культивировали клетки с n (CAT) с последующим добавлением H2O2, когда 100% жизнеспособность наблюдалась через 12 часов. Это указывает на защитную способность против окислительного повреждения. На третьем этапе они культивировали клетки с H2O2, а затем добавили n (CAT) к культуре поврежденных клеток. Жизнеспособность, которая упала до 50%, улучшилась до 73%, показывая свою способность помочь поврежденным клеткам регенерировать.

Регулирование иммунного ответа

Следующая часть эксперимента была направлена ​​на изучение способности n (CAT) регулировать выработку цитокинов, поскольку избыточная секреция цитокинов активированными лейкоцитами играет важную роль в индукции гиперинвоспаления при тяжелом течении COVID-19. Когда белые клетки культивировали с одним липополисахаридом, без n (CAT), продукция TNF-a и IL-10 была значительно выше, чем при культивировании с n (CAT). В последней ситуации уровни цитокинов были аналогичны уровням, обнаруженным у неактивированных клеток. Таким образом, этот фермент также может действовать как иммунорегулятор.

Защита от лейкоцитарной эпителиальной травмы

При совместном культивировании белых клеток и поврежденных H2O2 альвеолярных клеток жизнеспособность снижалась с 85% до 71%. Добавление n (CAT) восстанавливало жизнеспособность дозозависимым образом, от 82% до 91% в дозах от 8 до 40 мкг / мл. При совместном культивировании с активированными лейкоцитами альвеолярные эпителиальные клетки продемонстрировали жизнеспособность только на 67%, но она увеличилась при добавлении n (CAT) в зависимости от дозы, с 78% до 91%. Таким образом, n (CAT) защищает альвеолярные клетки от повреждения активированными лейкоцитами.

Исследователи также обнаружили, что n (CAT) сохраняется в циркуляции в течение более длительного периода времени, чем нативный фермент. При внутритрахеальном распылении он сохраняется в основном в легких.

Подавление вирусных нагрузок

Каково было влияние n (CAT) на вирусные нагрузки? Исследователи отметили, что вирусная нагрузка у макак-резусов, подвергшихся воздействию вируса, интраназально быстро снижалась через два дня, но у одного животного она снижалась всего за один день. То же самое наблюдалось при внутривенном введении вируса. Таким образом, n (CAT) был способен подавлять репликацию вируса у макак-резус. Однако он не вызывает токсических изменений в печени или почках.

Преимущества использования n (CAT)

Существует несколько преимуществ использования каталазы в терапии тяжелой ХОБЛ-19. Оказывает противовоспалительное и защитное действие на клетки альвеолярного эпителия на животных моделях. Это заметно безопасно. Он уже используется в качестве пищевой добавки и биологически активной добавки. Его изготовление возможно, как показано в пилотном проекте.

Таким образом, исследователи говорят: «В отличие от нынешнего внимания к вакцинам и противовирусным препаратам, это может обеспечить эффективное терапевтическое решение для пандемии, а также для лечения гиперинвоспаления в целом».

* Важное замечание

bioRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются и, следовательно, не должны рассматриваться как убедительные, направлять клиническую практику / поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.