22.09.2020 - US Naval Research Lab

Método para estudiar con seguridad el COVID-19, otras enfermedades contagiosas desarrolladas

Las sondas de nanopartículas del SARS-CoV-2 se utilizan para estudiar las interacciones fundamentales entre las proteínas de la espiga del SARS-CoV-2 y las células humanas.

Los científicos e investigadores del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos y el Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Translacionales (NCATS), presentaron sus hallazgos a ACS Nano sobre su colaboración para desarrollar sondas de nanopartículas SARS-CoV-2 que se utilizan para estudiar las interacciones fundamentales entre las proteínas de la espiga SARS-CoV-2 y las células humanas.

Se sabe que el SARS-CoV-2 se adhiere a los receptores de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) a través de sus proteínas externas "Spike", que cubren la superficie, que el virus utiliza para unirse y entrar en las células humanas.

"Desarrollamos seudo-viriones basados en nanopartículas que se unen a la célula huésped y se rastrean a sí mismos dentro de las células sin ser contagiosos", dijo el Dr. Eunkeu Oh, un biofísico del NRL. "Esto abre la oportunidad de expandir la misma estrategia a otras enfermedades infecciosas".

Junto con los investigadores del NCATS, que forma parte de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), trabajaron en el desarrollo de sondas no infecciosas para estudiar el SARS-CoV-2, que es el virus causante de la actual pandemia COVID-19.

"En pocas palabras, mantener el virus fuera de las células impide que se replique, propague y exacerbe la infección", dijo el Dr. Mason Wolak, jefe en funciones de la Sección de Nanomateriales Ópticos del NRL. "Los objetivos finales de la colaboración son aclarar los mecanismos fundamentales por los que el SARS-CoV-2 causa la infección y examinar e identificar los posibles medicamentos para inhibir estos mecanismos".

Una cosa que fascinó a los científicos fue la potencia de las nanopartículas de punto cuántico para inducir la translocación de ACE2 de la membrana celular al interior de la célula a través de un proceso llamado endocitosis. El Dr. Kirill Gorshkov, científico investigador del NCATS, dijo que los experimentos para bloquear la endocitosis impedían la internalización del pseudovirus de punto cuántico y el complejo de receptores de ACE2.

"Aunque teníamos cierta idea de que esto era posible, la medida en que esto ocurría con cantidades muy bajas de pseudo-viriones de puntos cuánticos sugería que teníamos un poderoso sistema para rastrear la adhesión viral y los efectos en la célula en tiempo real, ya que estos puntos cuánticos son fluorescentes", dijo Gorshkov.

Las sondas de nanopartículas desarrolladas en el NRL están compuestas por múltiples subunidades de proteína Spike unidas a la superficie de un núcleo de punto cuántico emisor de luz.

"Nos referimos a estas sondas como 'Pseudo-viriones' porque se aproximan a la forma del virus del SARS-CoV-2 mientras que también imitan sus interacciones fisiológicas con las células humanas", dijo Wolak. "La luz emitida por los pseudo-viriones permite el seguimiento espacio-temporal de su interacción con las células humanas".

Wolak continuó diciendo que la unión con el ACE2 se considera el paso inicial del virus hacia la infección celular. La inhibición exitosa de esta unión es una prioridad extremadamente alta en la búsqueda de intervenciones terapéuticas para mitigar el impacto de la pandemia en la salud militar y pública.

"Proteger la salud de los combatientes desplegados es de suma importancia para asegurar la preparación de la misión y mantener la preparación de la flota", dijo Wolak. "Los barcos de la Marina representan el último 'sistema cerrado' - los combatientes comparten cuartos cercanos donde el distanciamiento social es casi imposible de hacer cumplir de manera realista. Esto resulta en condiciones que están maduras para brotes rápidos y extensos, como el reportado en el USS Theodore Roosevelt, que amenazan el éxito de la misión".

El NRL y el NCATS están actualmente diseñando y probando la viabilidad de pruebas de imagenología celular de alto rendimiento para examinar bibliotecas enteras de agentes terapéuticos para la inhibición de la unión e internalización de Spike/ACE2.

"Esto también abrió la puerta a pruebas de alto rendimiento de nuevos fármacos descubiertos por los otros enfoques en el NCATS, para validar de forma cruzada los compuestos con nuestro sistema, y para probar modalidades terapéuticas completamente nuevas desarrolladas en el NCATS y en otros lugares, tanto bioquímicamente en el NRL, como en ensayos basados en células en el NCATS", dijo Gorshkov.

Estas pruebas, llevadas a cabo en el NCATS, permitirían examinar hasta 1.536 objetivos de drogas por experimento.

"Nuestro equipo en NRL aporta una experiencia de primera clase en el campo de las nanopartículas/puntos cuánticos para aplicaciones biológicas", dijo Oh. "Fusionar nuestros recursos con la experiencia del equipo del NCATS dio como resultado una investigación que no podría ser realizada por un equipo por sí solo".

Se prevé realizar nuevas investigaciones para estudiar el mecanismo que aumenta la infecciosidad del SARS-CoV-2 con las proteínas Spike mutadas. El equipo de la NRL/NCATS también tiene previsto explorar la posibilidad de utilizar los seudo-viriones para la administración de drogas intracelulares en sitios específicos con el fin de interrumpir los mecanismos de replicación del SARS-CoV-2.

Wolak dijo: "Es muy importante señalar que el pseudo-virión que contiene Spike tiene potencial para una amplia aplicación de la entrega de drogas intracelulares para combatir no sólo la COVID19, sino cualquier enfermedad que se dirija a las células con receptores ACE2".

Gorshkov dijo que espera que la investigación entusiasme y estimule a la próxima generación de futuros investigadores a embarcarse en un viaje de exploración.

"Espero que esta historia sirva para involucrar a las mentes jóvenes en el ámbito de lo que es posible cuando las personas trabajan juntas, tanto científicamente como de otra manera", dijo Gorshkov. "Al forjar estas fuertes relaciones, podemos sinergizar nuestros esfuerzos y llegar a soluciones novedosas desde perspectivas y puntos de vista completamente diferentes".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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