01.12.2022 - Texas A&M University

Protein-Engineering: Eine zukünftige Behandlungsmöglichkeit für COVID-19?

Neu entwickelte Proteine namens DARPins können die Präsenz von COVID-19 in den Atemwegen verringern und als Nasenspray verabreicht werden

COVID-19 hat nachhaltige Auswirkungen auf die globale Gesundheit, die das Gesundheitssystem weiterhin vor Herausforderungen stellen. Da das Coronavirus weiterhin mutiert, sind die derzeitigen COVID-19-Präventionsstrategien mit Unterbrechungen der Lieferkette, hohen Kosten für die Impfstoffherstellung und unbequemen Methoden zur Verabreichung des Impfstoffs verbunden. In einer Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology veröffentlicht wurde, entwickelte das Labor von Zhilei Chen, PhD, an der Texas A&M University School of Medicine zwei kleine und zielgerichtete Proteine, die als Nasenspray verabreicht werden könnten, um vor COVID-19 zu schützen und es zu behandeln.

Die Proteine wurden auf der Grundlage des designten Ankyrin-Repeat-Proteins (DARPin) entwickelt, einem synthetischen Gerüst, das von einer Klasse von Bindungsproteinen inspiriert wurde, die in der Natur häufig vorkommen. Im Vergleich zu herkömmlichen Arzneimitteln auf Antikörperbasis neigen DARPins weniger dazu, bei längerer Lagerung bei mittleren bis hohen Temperaturen "schlecht" zu werden, und können in großen Mengen zu geringen Kosten hergestellt werden, was DARPins potenziell viel erschwinglicher macht. Da DARPins nur etwa ein Achtel der Größe eines Antikörpers haben, können sie außerdem mit größerer Präzision auf bestimmte therapeutisch wichtige "Hot Spots" eines krankheitsbezogenen Proteins zugreifen.

In dieser Studie entwickelten die Forscher zwei DARPin-Moleküle, die sich in Dreiergruppen zusammenschließen und die Interaktion zwischen dem primären Protein, das das COVID-19-Virus zum Eindringen in die Zellen verwendet, und seinem Partner auf den Wirtszellen blockieren und so das Virus in seinem Lauf stoppen. Wenn die DARPins in die Nase von Tiermodellen mit dem COVID verursachenden Virus eingebracht wurden, verringerten sie die Virusmenge, die sich in den Atemwegen ansammelt, um das bis zu 100-fache und verringerten das Fortschreiten der Krankheit erheblich. Darüber hinaus waren die DARPins nicht nur gegen die ursprüngliche Variante wirksam, sondern auch gegen alle neueren COVID-Varianten, einschließlich des Omicron-Stammes. Die Forscher führen die breite Wirksamkeit der DARPins auf ihr technisches Design zurück, das dazu führte, dass die DARPins eine wichtige Schnittstelle auf dem zellulären Rezeptor nachahmen können, die das Virus benötigt, um in die Zellen einzudringen.

"Diese Studie bietet die Möglichkeit eines Nasensprays, das bei Bedarf eingesetzt werden kann, um COVID entweder vor oder nach der Virusexposition zu bekämpfen", so Chen. Die Entdeckung des Teams bietet eine weitere, potenziell kostengünstigere therapeutische Option für Menschen, die nicht mit herkömmlichen Impfstoffen geimpft werden können oder als besonders gefährdet gelten.

Die DARPin-Moleküle wurden von Vikas Chonira, PhD, mit Unterstützung von Rudo Simeon, PhD, entwickelt, die beide als Postdoktoranden im Labor von Chen tätig sind. Diese Forschung ist Teil einer größeren Zusammenarbeit, an der auch Michael S. Diamond, MD, PhD, von der Washington University, Peter D. Kwong, PhD, von den National Institutes of Health und Zhiqiang An, PhD, von der University of Texas Health Houston beteiligt waren. Die Finanzierung des Chen-Labors wird durch den NIH New Innovator Award bereitgestellt.

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