I liposomi potrebbero essere gli eroi sconosciuti della pandemia di COVID-19. Senza la protezione di queste microscopiche vescicole, i delicati filamenti di RNA messaggero (mRNA) che si trovano al centro dei vaccini Pfizer e Moderna COVID-19 verrebbero rapidamente distrutti dagli enzimi nel corpo, rendendo quasi impossibile la trasmissione delle loro istruzioni genetiche raggiungere l'interno delle cellule umane.

Ma la consegna del vaccino non è l'unico modo in cui queste particelle possono essere utilizzate nella battaglia contro COVID-19. In un nuovo studio, un team di ingegneri dell'Università della California, Berkeley, ha attaccato le proteine ​​"spike" SARS-CoV-2 alla superficie dei liposomi, creando imitazioni in laboratorio del virus mortale che i ricercatori chiamano "spike-liposomes ." Questi spike-lipsomi possono essere utilizzati per testare l'efficacia degli anticorpi neutralizzanti che potrebbero essere potenzialmente utilizzati per trattare i pazienti affetti da COVID-19.

Lo studio dimostra anche come una nuova tecnica di modellazione del DNA, sviluppata dal team l'anno scorso, può aiutare gli scienziati a caratterizzare e condurre rapidamente esperimenti su una varietà di diversi tipi di liposomi e sui loro cugini, le nanoparticelle lipidiche.

"Le nanoparticelle lipidiche sono davvero rilevanti per una serie di applicazioni biomediche:sono state utilizzate nella somministrazione di farmaci per decenni e possono anche fungere da modelli di virus che hanno membrane all'esterno, inclusi i coronavirus", ha affermato l'autrice principale dello studio Molly Kozminsky , un borsista post-dottorato presso il Sohn Research Lab presso la UC Berkeley. "Abbiamo effettivamente sviluppato questi spike-liposomi perché volevamo testare un nuovo metodo diagnostico COVID-19 che stavamo sviluppando in laboratorio. Ma prima, avevamo bisogno di un modo per convalidare che queste particelle stessero visualizzando la proteina spike SARS-CoV-2 correttamente e ci siamo resi conto che la nostra tecnica di modellazione del DNA ci avrebbe permesso di fare questo e altri esperimenti entusiasmanti in un modo molto efficiente."

I liposomi sono minuscoli vasi sferici costruiti con membrane lipidiche molto simili a quelle che racchiudono la maggior parte delle cellule biologiche. E, allo stesso modo in cui le membrane delle cellule biologiche sono punteggiate da una varietà di proteine ​​che aiutano la cellula a interagire con il mondo esterno, i ricercatori hanno imparato ad attaccare diversi tipi di proteine ​​nelle membrane dei liposomi, conferendo alle particelle diverse funzioni e abilità.

L'eccitazione per i liposomi è stata più pronunciata nell'industria farmaceutica, dove i produttori di farmaci hanno sperimentato di dotare i liposomi di proteine ​​che interagiscono solo con cellule molto specifiche del corpo, consentendo loro di indirizzare la consegna di molecole di farmaco solo ai tessuti dove sono necessarie. Come sottolinea Kozminsky, i liposomi possono essere utilizzati anche per creare semplici modelli di virus e altri agenti patogeni che hanno membrane lipidiche, incluso SARS-CoV-2.

Tuttavia, i ricercatori devono prima verificare che le proteine ​​liposomiali siano in grado di interagire correttamente con il loro ambiente. Ad esempio, la proteina spike SARS-CoV-2 si lega alle proteine ​​sulle cellule umane chiamate recettori ACE2, innescando una serie di eventi che consentono al virus di fondersi con la cellula.

"Per gli spike-liposomi, volevamo assicurarci che la proteina spike che abbiamo messo sulla superficie del liposoma fosse nella configurazione corretta per consentirgli di legarsi ai recettori ACE2", ha detto Kozminsky. "Se fosse così, allora il modo in cui questi liposomi spike sono formulati probabilmente modellerebbe anche il modo in cui la proteina spike del virus SARS-CoV-2 interagisce con cellule, anticorpi e altre proteine".

Kozminsky si rese conto che la tecnica di stampa del DNA, originariamente sviluppata dal Sohn Lab per "stampare" diversi tipi di cellule in modelli che modellano i tessuti biologici, poteva essere utilizzata anche per verificare rapidamente che gli spike-liposomi presentassero il SARS-CoV -2 proteine ​​spike correttamente.

"Sapevamo che dovevamo testare prima i liposomi e quando abbiamo esaminato tutti i modi in cui avremmo dovuto convalidare i liposomi, abbiamo scoperto che le tecniche erano alquanto ardue", ha detto Kozminsky. "Ci siamo resi conto di quanto sarebbe stato più semplice utilizzare la nostra tecnologia di stampa diretta dal DNA."

Per condurre l'esperimento, Kozminsky ha stampato i liposomi spike su un vetrino, quindi li ha etichettati con una proteina fluorescente verde. Ha quindi lavato il vetrino con le proteine ​​del recettore ACE2 che erano state contrassegnate con una proteina fluorescente rossa. Quando ha immaginato il vetrino, ha scoperto che la maggior parte di esso si illuminava di rosso, indicando che le proteine ​​​​del recettore ACE2 si stavano legando ai liposomi spike sul vetrino. Kozminsky ha poi ripetuto l'esperimento con cellule che esprimono il recettore ACE2, dimostrando che anche loro erano in grado di legarsi con gli spike-liposomi.

Per mostrare come gli spike-liposomi potrebbero essere utilizzati per testare l'efficacia dei trattamenti COVID-19, Kozminsky ha creato due diversi tipi di spike-liposomi, ciascuno dei quali mostra una variante diversa della proteina spike SARS-CoV-2. Dopo aver utilizzato la stampa del DNA per modellarli su vetrini da microscopio, ha lavato i vetrini con tre diversi tipi di anticorpi neutralizzanti disponibili in commercio contro le varianti della proteina spike SARS-CoV-2. Ha quindi testato se la presenza di questi anticorpi neutralizzanti ha impedito con successo alle proteine ​​del recettore ACE2 di legarsi agli spike-liposomi e ha scoperto che i risultati erano coerenti con quelli riportati dai produttori di anticorpi.

"La cosa davvero interessante di questa tecnica è che ha un rendimento molto elevato, il che significa che puoi eseguire esperimenti utilizzando molte combinazioni diverse di liposomi contemporaneamente", ha affermato l'autrice senior dello studio Lydia Sohn, Almy C. Maynard e Agnes Offield Maynard Chair in Ingegneria Meccanica presso UC Berkeley. "Quindi, ad esempio, le aziende farmaceutiche potrebbero utilizzare questa tecnica per testare molto rapidamente quali anticorpi funzioneranno in modo più efficace contro una particolare variante di SARS-CoV-2. Oppure, potrebbe essere utilizzata per selezionare nuove proteine ​​per la somministrazione mirata di farmaci, per rendere certo che quella proteina prende di mira particolari tipi di cellule del corpo. Aggiunge davvero una nuova strategia per combattere questo virus". + Esplora ulteriormente

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