Le infezioni virali uccidono milioni di persone in tutto il mondo ogni anno, ma i farmaci antivirali attualmente disponibili sono limitati in quanto agiscono principalmente contro uno o una piccola manciata di virus correlati. Esistono alcuni farmaci ad ampio spettro che impediscono l'ingresso del virus nelle cellule sane, ma di solito devono essere assunti continuamente per prevenire l'infezione, e la resistenza attraverso la mutazione virale è un rischio serio.

Ora, un gruppo internazionale di ricercatori tra cui il professore di chimica dell'UIC Petr Kral, hanno progettato nuove nanoparticelle antivirali che si legano a una serie di virus, compreso il virus dell'herpes simplex, virus del papilloma umano, virus respiratorio sinciziale e Dengue e Lentivirus. A differenza di altri antivirali ad ampio spettro, che semplicemente impediscono ai virus di infettare le cellule, le nuove nanoparticelle distruggono i virus.

I risultati del team sono riportati nella rivista Materiali della natura .

Le nuove nanoparticelle imitano una proteina di superficie cellulare chiamata proteoglicano eparina solfato (HSPG). Una parte significativa dei virus, compreso l'HIV, entrano e infettano le cellule sane legandosi prima agli HSPG sulla superficie cellulare. I farmaci esistenti che imitano l'HSPG si legano al virus e gli impediscono di legarsi alle cellule, ma la forza del legame è relativamente debole. Questi farmaci inoltre non possono distruggere i virus, e i virus possono riattivarsi quando la concentrazione del farmaco diminuisce.

Kral e i suoi colleghi, tra cui Lela Vukovic, assistente professore di chimica presso l'Università del Texas a El Paso e autore della carta, ha cercato di progettare una nuova nanoparticella antivirale basata su HSPG, ma uno che si legherebbe più strettamente alle particelle virali e le distruggerebbe allo stesso tempo.

Per progettare su misura le nanoparticelle antivirali, I gruppi di Kral e Vukovic hanno lavorato a stretto contatto con sperimentalisti, esperti di virus e biochimici dalla Svizzera, Italia, Francia e Repubblica Ceca.

"Conoscevamo la composizione generale dei domini virali che legano l'HSPG a cui le nanoparticelle dovrebbero legarsi, e le strutture delle nanoparticelle, ma non abbiamo capito perché le diverse nanoparticelle si comportano in modo così diverso in termini sia di forza di legame che di prevenzione dell'ingresso virale nelle cellule, " disse Kral.

Attraverso simulazioni elaborate, Kral e colleghi hanno aiutato a risolvere questi problemi e hanno guidato gli sperimentatori nel modificare il design delle nanoparticelle in modo che funzionassero meglio.

I ricercatori hanno utilizzato tecniche avanzate di modellazione computazionale per generare strutture precise di vari virus e nanoparticelle bersaglio fino alla posizione di ciascun atomo. Una profonda comprensione delle interazioni tra i singoli gruppi di atomi all'interno dei virus e delle nanoparticelle ha permesso ai ricercatori di stimare la forza e la permanenza dei potenziali legami che potrebbero formarsi tra le due entità, e li ha aiutati a prevedere come il legame potrebbe cambiare nel tempo e alla fine distruggere il virus.

La "bozza" finale del team della nanoparticella antivirale potrebbe legarsi in modo irreversibile a una serie di virus, e ha causato deformazioni letali ai virus, ma non ha avuto alcun effetto su tessuti o cellule sani. Esperimenti in vitro con le nanoparticelle hanno mostrato che si legano in modo irreversibile al virus dell'herpes simplex, virus del papilloma umano, virus sinciziale, Virus dengue e lentivirus.

"Siamo stati in grado di fornire i dati necessari al team di progettazione in modo che potessero sviluppare un prototipo di quello che speriamo sarà un antivirale ad ampio spettro molto efficace e sicuro che può essere utilizzato per salvare vite umane, " disse Kral.