Capovolgendo l'approccio standard di targeting per farmaci virali, gli ingegneri dell'Università della California di San Diego hanno sviluppato un nuovo promettente metodo "nanospugna" per prevenire la proliferazione dell'HIV nel corpo:rivestire nanoparticelle polimeriche con le membrane delle cellule T helper e trasformarle in esche per intercettare le particelle virali e impedire loro di legarsi e infiltrando le cellule immunitarie reali del corpo.

Questa tecnica, sviluppato nel Nanomaterials and Nanomedicine Lab guidato dal professore di nanoingegneria Liangfang Zhang, potrebbe essere applicato a molti tipi diversi di virus, aprendo la porta a nuove terapie promettenti contro virus difficili da combattere. Zhang è professore presso il Dipartimento di Nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Questo lavoro sull'HIV è apparso per la prima volta sulla rivista Materiale avanzato nel novembre 2018 in un documento intitolato "Le nanoparticelle che imitano le cellule T possono neutralizzare l'infettività dell'HIV". Il lavoro è in corso.

"L'innovazione chiave qui è che ci troviamo dall'altra parte del grande problema con l'HIV, " ha detto Weiwei Gao, un ingegnere chimico e scienziato di progetto associato presso lo Zhang Lab presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego. "L'approccio tradizionale allo sviluppo dei farmaci richiede di capire come bloccare le proteine ​​critiche o i percorsi di segnalazione nel virus in modo che non possa attaccare il corpo. Il problema è che ci sono così tanti percorsi e così tanta ridondanza in questi virus, è davvero difficile trovare un percorso che sia veramente critico.

"Il nostro approccio viene dall'altra parte:guarda il bersaglio del virus, " ha continuato. "Le nanoparticelle sono avvolte con le membrane delle cellule che il virus prende di mira. Perciò, possono agire come esca della cellula per intercettare l'attacco virale."

Il virus dell'HIV colpisce tipicamente le cellule chiamate cellule T CD4+; chiamate anche cellule T helper, nel corpo sano, queste cellule aiutano a rilevare gli agenti patogeni estranei e li prendono di mira per l'attacco e la rimozione. Il virus HIV trova e si lega alla superficie di queste cellule T utilizzando il recettore CD4, quindi inietta il loro materiale genetico nelle cellule T e utilizza il macchinario delle cellule T per replicarsi. Infine, dopo che è stato prodotto abbastanza nuovo virus HIV, le particelle virali escono dalla cellula e cercano altre cellule T da attaccare.

Parte del motivo per cui l'HIV è così devastante è che attaccare e uccidere le cellule T danneggia gravemente il sistema immunitario, rendendo più difficile per il corpo combattere le infezioni secondarie. E il virus muta rapidamente, modificando il suo codice genetico e rendendo difficile il targeting con i tradizionali metodi antivirali e di scoperta di farmaci.

Nel 2018 Materiale avanzato studio, i ricercatori hanno rivestito le nanoparticelle con le membrane cellulari isolate delle cellule T CD4+. Quando aggiunto alle cellule T in un piatto ed esposto ai virus, queste nanoparticelle, chiamati TNP, ha agito come una sorta di spugna, assorbendo il virus e proteggendo le cellule T dall'infezione. Hanno scoperto che il virus dell'HIV aveva la stessa probabilità di legarsi a un TNP quanto a una cellula T, ma poiché non c'è alcun macchinario cellulare all'interno di queste nanoparticelle, il virus non può iniettarsi o replicarsi, ed è reso innocuo.

Proprio come con le cellule T CD4+, le nanoparticelle si legano al virus HIV attraverso la proteina gp120 sulla superficie del virus. Quando i TNP sono stati aggiunti alla miscela di cellule T ad una concentrazione di 3 mg/mL, il team ha visto una riduzione delle infezioni di oltre l'80%, rispetto a cellule che non erano state trattate con TNP. Lo considerano una prova promettente che queste nanoparticelle potrebbero essere infuse nel flusso sanguigno nei pazienti per assorbire l'infezione da HIV, abbattendo i loro livelli di infezione e infine eliminandoli dal sistema.

"Esiste un'altra potenziale applicazione dell'utilizzo dei TNP per il trattamento dell'HIV. Le cellule immunitarie del corpo che sono infette dall'HIV ma non producono attivamente nuovo virus diventano serbatoi virali, " ha detto Gao. "Trovare modi per distruggere tali serbatoi è una grande sfida per i ricercatori di HIV. Ma queste cellule serbatoio possono anche esprimere gp120, quindi i TNP possono essere usati come veicoli per fornire con precisione antivirali a queste cellule e ucciderle".

Il lavoro è stato ispirato da precedenti progetti nel laboratorio di Zhang incentrati sui globuli rossi. "Il nostro lavoro si è concentrato sull'utilizzo di nanoparticelle per la somministrazione di farmaci, "Gao ha detto, "ma le nanoparticelle non circolano a lungo nel corpo. Abbiamo avuto l'idea:rendere più difficile per il corpo riconoscere le nanoparticelle come estranee, e se li travestissimo da globuli rossi? I globuli rossi sono naturalmente a lunga circolazione, quindi se possiamo imitarli con le nanoparticelle, dovremmo vedere un modello di circolazione simile." Il lavoro del team sulla tecnologia di occultamento dei globuli rossi è apparso per la prima volta nella letteratura accademica nel 2011 nel PNAS carta "Nanoparticelle polimeriche mimetizzate con membrana di eritrociti come piattaforma di consegna biomimetica".

Gao afferma che questo approccio può probabilmente essere applicato a un'ampia varietà di agenti patogeni. "Anche a molti batteri piace attaccare i globuli rossi, " ha detto. "Quindi forse queste nanoparticelle possono fungere da esca per bloccare le tossine dai batteri. Oppure potrebbero fungere da esche per reagire ad altre tossine, come agenti nervini, che prendono di mira i globuli rossi".

Ci sono ancora una serie di ostacoli sul loro cammino prima che questi TNP possano essere usati nei pazienti umani. Per esempio, non sono ancora stati in grado di testare i loro TNP in modelli animali viventi.

"Poiché l'HIV è una malattia umana, è difficile replicarlo in modelli animali, " Ha detto Gao. "Quindi stiamo lavorando a stretto contatto con il dottor Stephen Spector, il capo della divisione di malattie infettive pediatriche presso l'UC San Diego Health, su tale questione, per capire l'approccio migliore per testarlo in vivo.

"Il nostro studio è davvero una prova di concetto, " Ha continuato Gao. "Lo sviluppo della malattia cambia nelle diverse fasi della malattia, e il virus funziona in modo diverso all'interno del corpo, con diversi livelli di infettività e attività. Sarà fondamentale lavorare con medici e ricercatori che hanno molta familiarità con la patologia dell'HIV per ottimizzare il regime di trattamento in base a ciò che si sa sulla malattia per essere sicuri che le nanoparticelle siano le più efficaci per il trattamento".

Ancora, questo lavoro rappresenta il primo passo in una nuova entusiasmante direzione per il trattamento dell'HIV, e Gao vede il campo pieno di possibilità. "Questa tecnologia è molto adattabile, sia per i patogeni esistenti che per quelli nuovi, malattie emergenti, " ha detto. "Questa piattaforma può superare la resistenza ai farmaci, e può essere facilmente adattato per utilizzare altre membrane cellulari o caricare altri farmaci o trattamenti nel nucleo delle nanoparticelle. è molto modulare, e non richiede disegni personalizzati per ogni composto, che può aiutare lo sviluppo del trattamento in futuro."