مبطنة من الداخل بجزيئات ملزمة للفيروسات ، فإن الأصداف النانوية المصنوعة من مادة DNA تربط الفيروسات بإحكام وبالتالي تجعلها غير ضارة. الائتمان: Elena-Marie Willner / DietzLab / TUM
حتى الآن ، لا توجد ترياق فعال ضد معظم حالات العدوى بالفيروسات. طور فريق بحثي متعدد التخصصات في جامعة ميونيخ التقنية (TUM) الآن نهجًا جديدًا: يبتلعون الفيروسات ويحيدونها بكبسولات نانوية مصممة من مادة وراثية باستخدام طريقة اوريغامي DNA. تم بالفعل اختبار هذه الاستراتيجية ضد التهاب الكبد والفيروسات المرتبطة بالغدة في مزارع الخلايا. قد يثبت أيضًا نجاحه ضد فيروسات كورونا.
هناك مضادات حيوية للبكتيريا الخطرة ، لكن القليل من مضادات الالتهاب لعلاج الالتهابات الفيروسية الحادة. يمكن منع بعض أنواع العدوى عن طريق التطعيم ، لكن تطوير لقاحات جديدة عملية طويلة وشاقة.
يقترح الآن فريق بحثي متعدد التخصصات من جامعة ميونيخ التقنية ، و Helmholtz Zentrum München ، وجامعة برانديز (الولايات المتحدة الأمريكية) استراتيجية جديدة لعلاج الالتهابات الفيروسية الحادة: طور الفريق بنى نانوية مصنوعة من الحمض النووي ، المادة التي تصنعها في مادتنا الجينية ، التي يمكن أن تحبس الفيروسات وتجعلها غير ضارة.
لكي تتجمع ألواح الحمض النووي في هياكل هندسية أكبر ، يجب أن تكون الحواف مشطوفة قليلاً. يضمن الاختيار والموضع الصحيح لنقاط الربط على الحواف أن الألواح تتجمع ذاتيًا مع الكائنات المرغوبة. يُظهر الفيديو إعادة بناء ثلاثية الأبعاد لـ cryo-EM ثلاثية الأبعاد لقذيفة نانوية مفتوحة. الائتمان: Christian Sigl / DietzLab / TUM
الهياكل النانوية للحمض النووي
حتى قبل أن يوقف البديل الجديد من فيروس كورونا العالم ، كان هندريك ديتز ، أستاذ تقنية النانو الجزيئية الحيوية في قسم الفيزياء بجامعة ميونيخ التقنية ، وفريقه يعملون على بناء كائنات بحجم الفيروس تتجمع.
في عام 1962 ، اكتشف عالم الأحياء دونالد كاسبار وعالم الفيزياء الحيوية آرون كلوغ المبادئ الهندسية التي تُبنى على أساسها أغلفة البروتين الخاصة بالفيروسات. بناءً على هذه المواصفات الهندسية ، طور الفريق حول هندريك ديتز في جامعة ميونخ التقنية ، بدعم من سيث فرادين ومايكل هاجان من جامعة برانديز في الولايات المتحدة ، مفهومًا جعل من الممكن إنتاج أجسام مجوفة اصطناعية بحجم الفيروس.
في صيف عام 2019 ، تساءل الفريق عما إذا كان من الممكن أيضًا استخدام مثل هذه الأجسام المجوفة كنوع من "مصيدة الفيروسات". إذا كانت مبطنة بجزيئات مرتبطة بالفيروسات من الداخل ، فيجب أن تكون قادرة على ربط الفيروسات بإحكام وبالتالي تكون قادرة على إخراجها من الدورة الدموية. لهذا الغرض ، يجب أن يكون للأجسام المجوفة أيضًا فتحات كبيرة بما يكفي يمكن للفيروسات من خلالها الوصول إلى الأصداف.
يقول هندريك ديتز في وقت لاحق: "لم يكن أي من الأشياء التي بنيناها باستخدام تقنية الأوريغامي للحمض النووي في ذلك الوقت قادرة على ابتلاع فيروس كامل - كانت ببساطة صغيرة جدًا". "كان بناء أجسام مجوفة مستقرة بهذا الحجم تحديًا كبيرًا."
طور فريق بحثي متعدد التخصصات في الجامعة التقنية في ميونيخ (TUM) علاجًا جديدًا مضادًا للفيروسات بشكل جذري: فهو يبتلع الفيروسات وبالتالي يحيدها بكبسولات نانوية مصممة من مادة وراثية. تم بالفعل اختبار هذه الاستراتيجية ضد التهاب الكبد والفيروسات المرتبطة بالغدة في مزارع الخلايا. تُظهر الصورة المؤلف الرئيسي كريستيان سيجل وهو يحضر كبسولات النانو في مختبر مركز تقنية النانو والمواد النانوية في TUM. الائتمان: دانيال ديلانج / TUM
العدة الخاصة بمصيدة الفيروسات
بدءًا من الشكل الهندسي الأساسي للعشروني الوجوه ، وهو جسم مكون من 20 سطحًا مثلثيًا ، قرر الفريق بناء أجسام مجوفة لمصيدة الفيروسات من ألواح ثلاثية الأبعاد مثلثة.
لكي تتجمع ألواح الحمض النووي في هياكل هندسية أكبر ، يجب أن تكون الحواف مشطوفة قليلاً. يضمن الاختيار والموضع الصحيح لنقاط الربط على الحواف أن الألواح تتجمع ذاتيًا مع الكائنات المرغوبة.
يقول هندريك ديتز: "بهذه الطريقة ، يمكننا الآن برمجة شكل وحجم الأشياء المرغوبة باستخدام الشكل الدقيق للألواح المثلثية". "يمكننا الآن إنتاج كائنات تصل إلى 180 وحدة فرعية وتحقيق عوائد تصل إلى 95 بالمائة. كان الطريق هناك ، مع ذلك ، صخريًا للغاية ، مع العديد من التكرارات ".
يتم حظر الفيروسات بشكل موثوق
من خلال تغيير نقاط الربط على حواف المثلثات ، لا يمكن لعلماء الفريق فقط إنشاء كرات مجوفة مغلقة ، ولكن أيضًا كرات ذات فتحات أو أنصاف أصداف. يمكن بعد ذلك استخدامها كمصائد للفيروسات.
بالتعاون مع فريق البروفيسور أولريك بروتزر ، رئيس معهد علم الفيروسات في TUM ومدير معهد علم الفيروسات في Helmholtz Zentrum München ، اختبر الفريق مصائد الفيروسات على الفيروسات المرتبطة بالغدة وفيروس التهاب الكبد B.
يقول هندريك ديتز: "حتى نصف غلاف بسيط بالحجم الصحيح يُظهر انخفاضًا ملموسًا في نشاط الفيروس". "إذا وضعنا خمسة مواقع ربط للفيروس في الداخل ، على سبيل المثال الأجسام المضادة المناسبة ، فيمكننا بالفعل منع الفيروس بنسبة 80 في المائة ، وإذا قمنا بدمج المزيد ، فإننا نحقق الحظر الكامل."
لمنع جسيمات الحمض النووي من التحلل الفوري في سوائل الجسم ، قام الفريق بإشعاع كتل البناء النهائية باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية وعالج الجزء الخارجي بالبولي إيثيلين جلايكول والأوليجوليسين. وهكذا كانت الجسيمات مستقرة في مصل الفئران لمدة 24 ساعة.
مبدأ بناء عالمي
الآن الخطوة التالية هي اختبار اللبنات الأساسية على الفئران الحية. يقول ديتز: "نحن على ثقة تامة من أن هذه المادة سيتحملها جسم الإنسان جيدًا".
"البكتيريا لها عملية التمثيل الغذائي. يقول البروفيسور أولريك بروتزر: "يمكننا مهاجمتهم بطرق مختلفة". من ناحية أخرى ، ليس للفيروسات عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها ، وهذا هو السبب في أن الأدوية المضادة للفيروسات تستهدف دائمًا إنزيمًا معينًا في فيروس واحد. مثل هذا التطور يستغرق وقتا. إذا كان من الممكن تحقيق فكرة القضاء على الفيروسات ببساطة ميكانيكيًا ، فسيكون ذلك قابلاً للتطبيق على نطاق واسع وبالتالي اختراق مهم ، خاصة بالنسبة للفيروسات الناشئة حديثًا.
يمكن أن يتم إنتاج المواد الأولية لفخاخ الفيروسات بكميات كبيرة من خلال التكنولوجيا الحيوية بتكلفة معقولة. يقول هندريك ديتز: "بالإضافة إلى التطبيق المقترح كمصيدة للفيروسات ، فإن نظامنا القابل للبرمجة يخلق أيضًا فرصًا أخرى". "سيكون من المتصور أيضًا استخدامه كحامل مستضد متعدد التكافؤ للتلقيح ، كحامل DNA أو RNA للعلاج الجيني أو كوسيلة نقل للأدوية."
المرجع: "نظام غلاف إيكوساهدرا قابل للبرمجة لاحتجاز الفيروسات" بقلم كريستيان سيجل وإيلينا م. ويلنر ووتر إنجلن وجيسيكا أ. كريتزمان وكين ساشينباشر وآنا ليدل وفينا كولبي وفلوريان ويلش وس. هاجان ، سيث فرادين وهندريك ديتز ، 14 يونيو 2021 ، مواد الطبيعة.
DOI: 10.1038/s41563-021-01020-4
تم تمويل البحث من قبل برنامج Horizon 2020 للأبحاث والابتكار التابع للمجتمع الأوروبي في إطار مشروع FET-Open VIROFIGHT (المنحة رقم 899619) ، ومجلس البحوث الأوروبي (ERC) بموجب منحة Consolidator ، ومؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) من خلال SFB863 و TRR179 ، ومن خلال منح من برنامج Gottfried Wilhelm Leibniz ، ووزارة التعليم والبحث الفيدرالية الألمانية (BMBF) من خلال مشروع StabVacB والمركز الألماني لأبحاث العدوى (DZIF) ، والمنظمة الهولندية للبحث العلمي (NWO) ، والمؤسسة الوطنية مؤسسة العلوم في الولايات المتحدة الأمريكية من خلال مركز علوم وهندسة أبحاث المواد بجامعة برانديز ، والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (NIGMS) بالولايات المتحدة الأمريكية ، ومؤسسة Alexander von Humboldt (AvH).
