I ricercatori hanno progettato una molecola che aderisce saldamente alla proteina spike del coronavirus, impedendo al virus di infettare le cellule. La molecola potrebbe un giorno essere utilizzata in un farmaco aerosolizzato per trattare o prevenire il COVID-19.

Nella corsa per trovare farmaci che fermino il nuovo coronavirus, gli scienziati stanno trovando ispirazione in fonti insolite, come i lama.

Una nuova molecola progettata in laboratorio inattiva il macchinario che il coronavirus, SARS-CoV-2, usa per infettare le cellule. È modellato sul semplice, anticorpi compatti trovati in alcuni animali come i lama, alpaca, e cammelli.

Mentre la ricerca è ancora preliminare, il team dietro il progresso spera che la loro molecola possa un giorno diventare l'ingrediente chiave di un farmaco antivirale che potrebbe essere somministrato tramite spray nasale.

"In appena dodici settimane, abbiamo trovato una molecola che è un vantaggio clinico, ", afferma Peter Walter, investigatore dell'Howard Hughes Medical Institute, un biochimico presso l'Università della California, San Francisco (UCSF), che ha co-diretto l'opera. Il team ha descritto l'anticipo il 17 agosto 2020, in una prestampa pubblicata su bioRxiv.org.

Accanto ai vaccini, i farmaci che prendono di mira SARS-CoV-2 sono strumenti importanti per tenere sotto controllo la pandemia di COVID-19. I ricercatori hanno identificato farmaci esistenti che possono essere riutilizzati per trattare i sintomi del virus e aiutare a sedare le infezioni gravi. Ma un farmaco specificamente progettato per attaccare SARS-CoV-2 potrebbe essere più efficace nell'arrestare il virus prima che causi una malattia grave, dice Walter. Per fare tali farmaci, lui e altri stanno progettando anticorpi personalizzati.

Le cellule immunitarie producono anticorpi in risposta all'infezione, ma ci vuole tempo perché quella risposta si sviluppi. Gli anticorpi prodotti in laboratorio potrebbero eliminare un virus prima che prenda piede.

È qui che entrano in gioco i lama. Alpaca e lama hanno una versione più semplice degli anticorpi trovati negli esseri umani, solo un decimo delle dimensioni, con meno componenti. Questi anticorpi ridotti, chiamati "nanocorpi, " sono elementi costitutivi di farmaci potenzialmente potenti, dice Aashish Manglik, un ingegnere proteico alla UCSF che ha co-diretto lo studio con Walter. "A causa della loro forma unica, spesso possono inserirsi in profondità nelle fessure delle proteine". Tendono ad essere più stabili degli anticorpi normali, pure.

Il laboratorio di Manglik ha sviluppato grandi raccolte di queste proteine ​​sintetiche come risorsa per la scoperta di farmaci. Quando è iniziata la pandemia di COVID-19, queste raccolte erano il luogo perfetto per cacciare una molecola in grado di disattivare SARS-CoV-2, dice Walter.

Michael Schoof, uno studente laureato nel laboratorio di Walter, iniziò a estrarre in massa le collezioni di nanobody di Manglik. L'obiettivo:trovare nanocorpi che si attacchino alla proteina spike del coronavirus, la chiave sulla superficie del virus che gli permette di intrufolarsi nelle cellule.

In una serie di esperimenti di laboratorio, lui e i suoi colleghi hanno selezionato un pool di miliardi di diversi nanocorpi fino a poche dozzine che si sono attaccati fortemente alla proteina spike. Quindi, hanno progettato il candidato più promettente, collegando tre copie dello stesso nanobody in una catena.

That three-piece molecule wedged tightly against the virus spike protein, pinning it into a shape that prevented attachment to human cells. The researchers also discovered that the molecule is particularly sturdy. In test-tube experiments, a single nanobody fell off the spike protein within minutes. The team calculated that the three-piece version would be able to hold on for over a week without budging.

The work hasn't yet been peer-reviewed, but Walter and Manglik are currently looking for partners who can produce and test the molecule for safety and efficacy in clinical trials. They hope the molecule could someday soon work as an aerosolized drug that would get directly to patients' lungs.

Traditional antibody drugs are usually injected into the patient's bloodstream—most antibodies fall apart when aerosolized by a nebulizer or a nasal spray, Walter says. Preliminary tests suggest that the new nanobody-based molecule is far hardier. The nanobodies kept their shape and function when sprayed, and withstood being freeze-dried and heated, pure.

Aerosolized delivery of a nanobody drug "is an exciting possibility, but it hasn't been demonstrated yet, " says Andrew Kruse, a biochemist at Harvard Medical School who has collaborated with Manglik's team to build nanobody collections but wasn't involved in the current study. "It would be very important to see how long an aerosol-delivered nanobody remains in the respiratory system, " lui dice.