Inhalierbares 'Schutzschild' schützt die Lungen vor COVID-19 und Grippeviren

"Es funktioniert wie eine 'unsichtbare Maske' für Menschen in Situationen, in denen das Maskieren schwierig ist"

14.02.2023 - USA

Forscher haben ein inhalierbares Pulver entwickelt, das die Lunge und die Atemwege vor einer viralen Invasion schützen könnte, indem es die körpereigene Schleimhautschicht stärkt. Das Pulver mit der Bezeichnung "Spherical Hydrogel Inhalation for Enhanced Lung Defense" (SHIELD) reduzierte die Infektion sowohl bei Mäusen als auch bei nichtmenschlichen Primaten über einen Zeitraum von 24 Stunden und kann wiederholt eingenommen werden, ohne die normale Lungenfunktion zu beeinträchtigen.

"Die Idee hinter dieser Arbeit ist einfach: Viren müssen den Schleim durchdringen, um die Zellen zu erreichen und zu infizieren. Deshalb haben wir einen inhalierbaren Bio-Klebstoff entwickelt, der sich mit dem körpereigenen Schleim verbindet, um zu verhindern, dass Viren zu den Lungenzellen gelangen", sagt Ke Cheng, korrespondierender Autor der Publikation, die diese Arbeit beschreibt. "Schleim ist die natürliche Hydrogel-Barriere des Körpers; wir verstärken diese Barriere nur".

Cheng ist der Randall B. Terry, Jr. Distinguished Professor in Regenerative Medicine am College of Veterinary Medicine der North Carolina State University und Professor im NC State/UNC-Chapel Hill Joint Department of Biomedical Engineering.

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Die inhalierbaren Pulver-Mikropartikel bestehen aus Gelatine und Poly(acrylsäure), die mit einem ungiftigen Ester gepfropft sind. Wenn sie in eine feuchte Umgebung - wie die Atemwege und die Lunge - gelangen, quellen die Mikropartikel auf und haften an der Schleimschicht, wodurch die "Klebrigkeit" des Schleims erhöht wird.

Die Wirkung ist in den ersten acht Stunden nach der Inhalation am stärksten. SHIELD wird innerhalb von 48 Stunden biologisch abgebaut und vollständig aus dem Körper ausgeschieden.

In einem Mausmodell blockierte SHIELD vier Stunden nach der Inhalation SARS-CoV-2-Pseudoviruspartikel mit einer Effizienz von 75 %, die nach 24 Stunden auf 18 % sank. Ähnliche Ergebnisse erzielten die Forscher bei Tests gegen Lungenentzündungs- und H1N1-Viren.

In einem nichtmenschlichen Primatenmodell der ursprünglichen und der Delta-SARS-CoV-2-Variante wiesen die mit SHIELD behandelten Probanden eine um das 50- bis 300-fache geringere Viruslast auf als die Kontrollpersonen, und es traten keine der Symptome auf, die üblicherweise mit einer Infektion bei Primaten in Verbindung gebracht werden, wie z. B. Lungenentzündung oder Fibrose. Da Primaten nicht die gleichen Symptome einer Infektion aufweisen wie Menschen, ist die Viruslast der Standardmarker zur Bestimmung der Exposition.

Die Forscher untersuchten auch die potenzielle Toxizität sowohl in vitro als auch in vivo: 95 % der Zellkulturen, die einer hohen Konzentration (10 mg ml-1) von SHIELD ausgesetzt waren, blieben gesund, und Mäuse, die zwei Wochen lang tägliche Dosen erhielten, behielten normale Lungen- und Atemfunktionen.

"SHIELD ist einfacher und sicherer in der Anwendung als andere physikalische Barrieren oder chemische Antivirenmittel", sagt Cheng. "Es funktioniert wie eine 'unsichtbare Maske' für Menschen in Situationen, in denen eine Maskierung schwierig ist, zum Beispiel bei starker körperlicher Anstrengung, beim Essen oder Trinken oder bei engen sozialen Kontakten. Die Menschen können SHIELD auch zusätzlich zur physischen Maskierung verwenden, um einen besseren Schutz zu erhalten.

"Das Schöne an SHIELD ist, dass es nicht unbedingt auf den Schutz vor COVID-19 oder Grippe beschränkt ist. Wir untersuchen, ob es auch zum Schutz vor Allergenen oder Luftverschmutzung eingesetzt werden kann - also vor allem, was die Lunge potenziell schädigen könnte.

Die Studie erscheint in Nature Materials und wird von den National Institutes of Health, der American Heart Association und einer Sonderfinanzierung durch das NC State Provost's Office unterstützt. Die Forscher haben ein Patent angemeldet und arbeiten an der FDA-Zulassung für den menschlichen Gebrauch.

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