Вирусные инфекции ежегодно убивают миллионы людей во всем мире, но доступные в настоящее время противовирусные препараты ограничены тем, что они в основном действуют против одного или небольшой группы родственных вирусов. Существует несколько препаратов широкого спектра действия, которые предотвращают проникновение вируса в здоровые клетки, но их обычно необходимо принимать постоянно, чтобы предотвратить инфекцию, а резистентность из-за вирусной мутации представляет собой серьезный риск.
Теперь международная группа исследователей, включая профессора химии UIC Петра Краля, разработала новые антивирусные наночастицы, которые связываются с целым рядом вирусов, включая вирус простого герпеса, вирус папилломы человека, респираторно-синцитиальный вирус, вирусы денге и лентивирусы.. В отличие от других противовирусных препаратов широкого спектра действия, которые просто предотвращают заражение клеток вирусами, новые наночастицы уничтожают вирусы.
Выводы команды опубликованы в журнале Nature Materials.
Новые наночастицы имитируют белок клеточной поверхности, называемый протеогликаном сульфата гепарина (HSPG). Значительная часть вирусов, включая ВИЧ, проникает в здоровые клетки и заражает их, сначала связываясь с HSPG на клеточной поверхности. Существующие препараты, имитирующие HSPG, связываются с вирусом и предотвращают его связывание с клетками, но сила связи относительно слабая. Эти препараты также не могут уничтожить вирусы, и вирусы могут реактивироваться при снижении концентрации препарата.
Крал и его коллеги, в том числе Лела Вукович, доцент кафедры химии Техасского университета в Эль-Пасо и автор статьи, стремились разработать новую противовирусную наночастицу на основе HSPG, но такую, которая бы более прочно связываются с вирусными частицами и одновременно уничтожают их.
Чтобы разработать противовирусные наночастицы по индивидуальному заказу, группы Крала и Вуковича работали рука об руку с экспериментаторами, экспертами по вирусам и биохимиками из Швейцарии, Италии, Франции и Чехии.
Мы знали общий состав HSPG-связывающих вирусных доменов, с которыми должны связываться наночастицы, и структуры наночастиц, но мы не понимали, почему разные наночастицы ведут себя так по-разному с точки зрения как силы связывания, так и предотвращения проникновение вируса в клетки», - сказал Крал.
С помощью сложного моделирования Крал и его коллеги помогли решить эти проблемы и помогли экспериментаторам настроить дизайн наночастиц, чтобы они работали лучше.
Исследователи использовали передовые методы компьютерного моделирования для создания точных структур различных целевых вирусов и наночастиц вплоть до расположения каждого атома. Глубокое понимание взаимодействий между отдельными группами атомов внутри вирусов и наночастиц позволило исследователям оценить силу и постоянство потенциальных связей, которые могут образоваться между двумя объектами, и помогло им предсказать, как связь может измениться с течением времени и в конечном итоге. уничтожить вирус.
Окончательный вариант противовирусной наночастицы, разработанный командой, мог необратимо связываться с целым рядом вирусов и вызывать смертельную деформацию вирусов, но не воздействовал на здоровые ткани или клетки. Эксперименты с наночастицами in vitro показали, что они необратимо связываются с вирусом простого герпеса, вирусом папилломы человека, синцитиальным вирусом, вирусом денге и лентивирусом.
Мы смогли предоставить данные, необходимые команде разработчиков, чтобы они могли разработать прототип того, что, как мы надеемся, станет очень эффективным и безопасным противовирусным средством широкого спектра действия, которое можно будет использовать для спасения жизней. - сказал Крал.