Während sie auf die Impfstoffe für Covid-19 warten (die erste Charge des russischen in zwei Wochen), entwickeln Wissenschaftler der UC San Francisco einen neuen Ansatz, um die Ausbreitung des Virus zu stoppen.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Michael Schoof haben synthetische, produktionsreife Nanocods entwickelt, die den SARS-CoV-2-Mechanismus abbauen, der es dem Virus ermöglicht, unsere Zellen zu infizieren. In einer von ihnen getesteten Aerosolformulierung, die von Forschern als "AeroNabs" bezeichnet wird, könnten diese Moleküle mit einem Nasenspray oder Inhalator selbst verabreicht werden.
Wie in einem neuen Dokument berichtet, jetzt auf dem bioRxiv Prepress Server verfügbarIn-vivo-Experimente zeigen, dass das Molekül zu den wirksamsten bisher entdeckten SARS-CoV-2-Virostatika gehört.
AeroNabs, eine Maske zum Einatmen
Einmal täglich angewendet, könnte AeroNabs einen leistungsstarken und zuverlässigen Schutz gegen SARS-CoV-2 bieten, bis ein Impfstoff verfügbar ist.
Das Forschungsteam diskutiert bereits aktiv mit Geschäftspartnern über die Steigerung der AeroNabs-Produktion und der klinischen Tests. Wenn diese Tests erfolgreich sind, wollen die Wissenschaftler AeroNabs als erschwingliches rezeptfreies Medikament zur Vorbeugung und Behandlung von Covid-19 allgemein verfügbar machen.
Es ist viel effektiver als Masken. AeroNabs ist eine molekulare Form persönlicher Schutzausrüstung, die als wichtiger Puffer fungieren kann, bis Impfstoffe eine dauerhafte Lösung für Covid-19 darstellen
Peter Walter, Miterfinder von AeroNabs, PhD, Professor für Biochemie und Biophysik an der UCSF und Forscher am Howard Hughes Medical Institute.
AeroNabs könnte eine lebenslange Verteidigungslinie sein, selbst für diejenigen, die nicht auf SARS-CoV-2-Impfstoffe zugreifen oder darauf reagieren können. Mit einem einfachen Nasenspray würden sie das Problem vermeiden.
Design inspiriert von den Nanokörpern der Lamas
Obwohl die AeroNabs vollständig im Labor entwickelt wurden, wurden sie von Nanokorphen inspiriert, Antikörper-ähnlichen Immunproteinen, die natürlicherweise in Lamas, Kamelen und verwandten Tieren vorkommen.
Seit ihrer Entdeckung in einem belgischen Labor Ende der 80er Jahre haben die charakteristischen Eigenschaften von Nanokörpern Wissenschaftler auf der ganzen Welt fasziniert.
„Obwohl sie den im menschlichen Immunsystem vorkommenden Antikörpern sehr ähnlich wirken, bieten die Nanobodies eine Reihe einzigartiger Vorteile für wirksame Therapien gegen SARS-CoV-2.“ Zu sagen, es ist der Miterfinder Aashish Manglik, MD, PhD, Assistenzprofessor für Pharmazeutische Chemie, der häufig Nanokörper als Werkzeug für seine Forschung zur Struktur und Funktion von Proteinen verwendet, die Signale über die Zellmembran senden und empfangen.
Die Vorteile von Nanokörpern
Für den Anfang sind Nanokörper eine Größenordnung kleiner als menschliche Antikörper, was es einfacher macht, sie im Labor zu manipulieren und zu modifizieren.
Ihre geringe Größe und relativ einfache Struktur machen sie auch signifikant stabiler als Antikörper von anderen Säugetieren. Darüber hinaus können Nanocods im Gegensatz zu menschlichen Antikörpern einfach und wirtschaftlich in Massenproduktion hergestellt werden: Wissenschaftler setzen die Gene ein, die die molekularen Blaupausen enthalten, um die Nanokörper in E. coli oder Hefe aufzubauen, und verwandeln diese Mikroben in Fabriken von Nanokörpern mit hoher Ausbeute. Die gleiche Methode wird seit Jahrzehnten sicher zur Massenproduktion von Insulin angewendet.
Manglik sagt: „Die Nanobodies waren für uns nur der Ausgangspunkt. Obwohl sie bereits sehr leistungsfähig sind, dachten wir, wir könnten sie durch Protein-Engineering verbessern. Dies führte letztendlich zur Entwicklung von AeroNabs "
Spike-Protein ist der Schlüssel zur Infektion
SARS-CoV-2 ist auf seine sogenannten Spike-Proteine angewiesen, um Zellen zu infizieren. Diese Proteine punktieren die Oberfläche des Virus und verleihen ihm bei Betrachtung durch ein Elektronenmikroskop ein kronenartiges Aussehen (daher der Name „Coronavirus "). Die Spikes sind jedoch mehr als nur Dekoration - sie sind der wesentliche Schlüssel, der es dem Virus ermöglicht, in unsere Zellen einzudringen.
Wie bei einem einziehbaren Werkzeug können die Spitzen von einem geschlossenen und inaktiven Zustand in einen offenen und aktiven Zustand übergehen. Wenn einer der ungefähr 25 „Stifte“ eines viralen Partikels aktiv wird, werden die drei „Rezeptor-bindenden Domänen“ oder RBD dieses „Stifts“ freigelegt und sind bereit, an ACE2 zu binden, einen Rezeptor, der auf menschlichen Zellen vorkommt.
UCSF-Forscher glaubten, dass, wenn sie Nanobodies finden könnten, die Spike-ACE2-Wechselwirkungen verhindern, sie das Virus daran hindern würden, Zellen zu infizieren.
Um effektive Kandidaten zu finden, analysierten die Wissenschaftler über 2 Milliarden synthetische Nanocods. Nach aufeinanderfolgenden Testrunden reduzierte das Team die Kandidaten auf 21 Nanocods, die verhindern können, dass das Spike-Protein mit ACE2 interagiert.
Veronika Rezelj, PhD, Virologe im Labor von Marco Vignuzzi, PhD, am Institut Pasteur in Paris, testete die drei vielversprechendsten Nanobodies gegen lebendes SARS-CoV-2 und stellte fest, dass die Nanocods außerordentlich wirksam sind und Infektionen selbst bei niedrigen Dosen verhindern.
Wickeln Sie die "Schlüssel" ein und verhindern Sie, dass sie in das "Schlüsselloch" gelangen.
Der wirksamste dieser Nanokörper wirkt jedoch nicht nur als Hülle für RBDs, sondern auch als molekulare Mausefalle, die Spikes in ihrem geschlossenen, inaktiven Zustand blockiert und verhindert, dass sie mit ACE2 interagieren. Es war die Entstehung der AeroNabs.
Die Tests und die Ergebnisse: eine unermessliche Kraft
In einer separaten Versuchsreihe entwarf das Team eine Molekülkette, die drei Nanocods miteinander verbinden konnte. Das Ergebnis? Toll. Die drei Nanokörper zusammen sind 200.000 Mal stärker als ein einzelner Nanokörper.
Und als sie die Ergebnisse auswerteten, stellten sie fest, dass sie aus den Charts lagen. "Es war so effektiv", sagt Walter, "dass es unsere Fähigkeit, seine Kraft zu messen, überstieg."
Einfach zu verwalten
In einer abschließenden Reihe von Experimenten unterwarfen die Forscher die Nanokörper einer Reihe von Stresstests, bei denen sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt, in ein lagerstabiles Pulver umgewandelt und ein Aerosol hergestellt wurden.
Jeder dieser Prozesse ist für die meisten Proteine hochgradig schädlich, aber die Wissenschaftler bestätigten, dass es dank der inhärenten Stabilität der Nanobodies zu keinem Verlust der antiviralen Potenz kam.
Besonders in der Aerosolform, die AeroNabs zu einem wirksamen SARS-CoV-2-Antivirusmittel macht, das praktisch mit einem Inhalator oder Nasenspray verabreicht werden kann.
AeroNabs, ein tägliches Nasenspray, hält Covid fern
„Wir sind nicht die Einzigen, die denken, dass AeroNabs eine erstaunliche Technologie sind“, sagt Manglik. "Unser Team steht in Kontakt mit potenziellen Geschäftspartnern, die an der Produktion und dem Vertrieb von AeroNabs interessiert sind, und wir hoffen, bald mit Versuchen am Menschen beginnen zu können."
