Σε πρόσφατο (7-10-2021) άρθρο ανασκόπησης το οποίο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Biotechnology Vol. 39, October 2021, 1169-1175, οι συγγραφείς του άρθρου αναφέρονται στις θεραπευτικές και προστατευτικές εξελίξεις που προσφέρει η νανοτεχνολογία στον τομέα της θεραπείας και προστασίας του ανθρώπου από τους ιούς και από τον ιό SARS-CoV-2.
Η έρευνα και η ανάπτυξη νανοσυσκευών με συνεργασία των Πανεπιστημίων και των Ερευνητικών Ιδρυμάτων με Φαρμακευτικές εταιρείες και με Εταιρείες Βιοτεχνολογίας, δημιουργεί προσδοκίες για νέες θεραπείες εναντίον μολυσματικών παραγόντων, όπως των ιών. Η χρήση ασφαλών και αποτελεσματικών βιοϋλικών όπως πολυμερή και λιπίδια, για την παρασκευή νανοσυσκευών και τον ‘καθαρισμό’ του ανθρώπινου οργανισμού από τους μολυσματικούς ιούς, αποτελεί το αντικείμενο του άρθρου που δημοσιεύθηκε στο έγκυρο επιστημονικό περιοδικό Nature Biotechnology.
Ο Καθηγητής του Τμήματος Φαρμακευτική του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών Κωνσταντίνος Δεμέτζος (demetzos@pharm.uoa.gr) παρουσιάζει τα σημαντικότερα σημεία του άρθρου αυτού.
Τα λιπιδικά νανοσωματίδια που έχουν χρησιμοποιηθεί ως δομικά συστατικά των εμβολίων εναντίον του ιού SARS-CoV-2, έχει επιβεβαιωθεί ότι είναι ασφαλή και αποτελεσματικά, όχι μόνο από τις κλινικές μελέτες, αλλά και από την χορήγηση τους σε δισεκατομμύρια δόσεις παγκοσμίως για την προστασία εναντίον της COVID-19. Η έρευνα εξελίσσεται καθημερινά και νέες πρωτοποριακές μελέτες δημοσιεύονται και γίνονται εμφανείς οι προοπτικές ανάπτυξης και μελλοντικής έγκρισης νέων αντιιικών θεραπειών βασισμένων στην νανοτεχνολογία. Η ανάγκη ανάπτυξη νέων αντιιικών φαρμάκων με στοχευμένη δράση, με μειωμένες ανεπιθύμητες ενέργειες και με την μέγιστη δυνατή αποτελεσματικότητα, σχετίζεται και με την προοπτική εμφάνισης νεών πανδημικών ή και ενδημικών καταστάσεων που μπορεί να οφείλονται στην εξελικτική διαδικασία και στις μεταλλάξεις νοσογόνων παραγόντων, όπως των ιών.
Δημιουργία νανοσυσκευών, πώς λειτουργούν
Το άρθρο αναφέρεται αρχικά στην χρήση νανο-βιοϋλικών τα οποία θα δημιουργήσουν νανοσυσκευές με συγκεκριμένη λειτουργικότητα, όπως τον ‘καθαρισμό’ του οργανισμού από μολυσματικούς παράγοντες, αλλά και από τον SARS-CoV-2. Το ενδιαφέρον είναι ότι οι νανοσυσκευές αυτές με δομικά υλικά λιπίδια ή και πολυμερή είναι βιοσυμβατές και βιοαποικοδομίσιμες από τον ανθρώπινο οργανισμό, και αποβάλλονται μέσω των φυσιολογικών ανθρώπινων λειτουργιών. Οι νανοσυσκευές αυτές αναγνωρίζοντας τα δομικά χαρακτηριστικά των ιών, θα συνδέονται με αυτούς και θα τους καταστρέφουν. Σημαντικό στοιχείο εδώ είναι η έννοια της αναγνωρισιμότητας του νοσογόνου παράγοντα δηλ. του ιού. Ως σημεία αναγνώρισης, χρησιμοποιούνται οι βιολογικές ‘σημαίες’ που υπάρχουν στην επιφάνεια των ιών (π.χ. πρωτεΐνες επιφανείας). Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την γνώση αυτή και με κατάλληλες δομικές τροποποιήσεις στην επιφάνεια των νανοσυσκευών, μπορούν και επιτίθενται στους ιούς και τους καταστρέφουν. Επίσης είναι σημαντικό ότι στο άρθρο αναφέρεται η δημιουργία νανοσυσκευών με πολλαπλή λειτουργικότητα. Η ανάπτυξη πολύ-λειτουργικών νανοσυσκευών έχει ως στόχο την χρήση τους στην αντιμετώπιση πολλών διαφορετικών ιών οι οποίοι όμως έχουν κοινά δομικά χαρακτηριστικά δηλ. κοινές βιολογικές ‘σημαίες’, οι οποίες αναγνωρίζονται από τις νανοσυσκευές. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτής προσφέρει πλεονεκτήματα και αυξάνει την αποτελεσματικότητα της νανοτεχνολογικής αντιιικής θεραπείας, ώστε η θεραπευτική προσέγγιση να είναι για πολλούς και διαφορετικούς νοσογόνους ιούς, η ίδια.
Το άρθρο αναφέρεται στον μηχανισμό με τον οποίο μπορούμε να παρασκευάσουμε νανοσυσκευές οι οποίες αναγνωρίζουν δομικές περιοχές του ιού SARS-CoV-2 αλλά και κοινές δομικές περιοχές με άλλους μολυσματικούς ιούς και επίσης αναφέρεται σε διαφορετικούς μηχανισμούς με τους οποίους οι διαφορετικές νανοσυσκευές, λειτουργούν τόσο θεραπευτικά όσο και προστατευτικά. Περιγράφονται διαφορετικά είδη νανοσυσκευών καθώς και ερευνητικές προσπάθειες για την ανάπτυξη τους, με στόχο την παρασκευή, ‘έξυπνων’, πολύ-λειτουργικών ασφαλών και αποτελεσματικών νανοσυσκευών, εναντίον μολυσματικών παραγόντων.
Πως μπορούμε όμως να δημιουργήσουμε τέτοιες νανοσυσκευές και πως θα επιλέξουμε τους ‘βιολογικούς φρουρούς’ της υγείας μας που θα τοποθετήσουμε στην επιφάνεια αυτών των νανοσυκευών; Η βιολογία, η μοριακή γενετική και βιοτεχνολογία διαχρονικά μας έχουν προμηθεύσει με γνώσεις που μπορούμε να τις χρησιμοποιήσουμε. Το άρθρο αναφέρει ότι οι ιοί έχουν στην επιφάνεια τους γλυκοπρωτεϊνες για να συνδέονται με τα κύτταρα ξενιστές του ανθρώπου. Νανοσυσκευές οι οποίες θα μιμούνται (δηλ. βιο-μιμητικές νανοσυσκευές) τα σημεία σύνδεσης του ιού με τα κύτταρα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ώστε ο ιός όταν προσπαθήσει να συνδεθεί με τα κύτταρα στόχους, να μην βρίσκει ελεύθερες περιοχές σύνδεσης ώστε να μολύνει τον ανθρώπινο οργανισμό.
Η αποτελεσματικότητα των νανοσυσκευών
Έτσι, νανοσυσκευές που ονομάζονται nanosponges μελετώνται για την αποτελεσματικότητα τους, αναπτύσσονται και αξιολογούνται με σκοπό την παραγωγή νανοσυσκευών που θα μιμούνται την συμπεριφορά βιολογικών μεμβρανών. Το άρθρο αναφέρει ότι η απομόνωση μεμβρανών από μακροφάγα κύτταρα και ερυθροκύτταρα, και η διάσπαση αυτών των μεμβρανών σε μικρά σωματίδια και στην συνέχεια η ενσωμάτωση τους σε nanosponges με σύσταση από πολυμερές, δημιουργεί καινοτόμες νανοσυσκευές οι οποίες στην επιφάνεια του φέρουν τους ‘βιολογικούς φρουρούς’ δηλ. πρωτεΐνες οι οποίες υπάρχουν στις μεμβράνες των μακροφάγων και των ερυθροκυττάρων. Έτσι συνδέονται με τους μολυσματικούς ιούς, τους εξουδετερώνουν και δεν επιτρέπουν την μόλυνση του ανθρώπινου οργανισμού, μιμούμενες την συμπεριφορά των μακροφάγων κυττάρων μας. Εταιρείες βιοτεχνολογίας αλλά και Φαρμακευτικές Βιομηχανίες στις ΗΠΑ όπως το άρθρο αναφέρει, χρησιμοποιούν τις μεμβράνες των μακροφάγων κυττάρων για να αναπτύξουν nanosponges με αντιιικές ιδιότητες. Στο άρθρο επίσης αναφέρεται ότι το περασμένο έτος βρέθηκε ότι η τεχνολογία των nanosponges με επικάλυψη με μεμβράνες που προέρχονται από ανθρώπινα επιθηλιακά κύτταρα τύπου ΙΙ του πνεύμονα ή από μεμβράνες μακροφάγων, εμποδίζουν την μόλυνση κυττάρων από τον ιό SARS-CoV-2, σε in vitro πειράματα.
Ο σχεδιασμός των nanosponges, σχετίζεται επίσης με το ένζυμο ACE2 και με την πρωτεΐνη CD147 μέσω των οποίων ο ιός SARS-CoV-2 συνδέεται και προκαλεί την μόλυνση. Οι προκλινικές μελέτες αφορούν στον ιό που προκαλεί τον δάγκειο πυρετό, στον ιό SARS-CoV 2 καθώς και σε άλλους ιούς.
