طعمه‌های سلولی ساخته‌شده برای کروناویروس

همه‌گیری کووید-۱۹، فقدان درمان‌های در دسترس را آشکار کرده است و اگرچه واکسن‌ها در برخی مناطق به مهار همه‌گیری کمک کرده‌اند اما نابرابری جهانی در توزیع واکسن، تکامل سریع "کروناویروس سندروم حاد تنفسی ۲"(SARS-CoV-2) و تبدیل شدن آن به گونه‌های سرایت‌کننده‌تر، اثرات بیماری را طولانی‌تر می‌کنند.

پژوهشگران "دانشگاه نورث‌وسترن"(Northwestern University) روی ذراتی کار کرده‌اند که به سلول شبیه‌ هستند تا از حمله پاتوژن‌هایی مانند کروناویروس به سلول‌های سالم جلوگیری کنند و به مهار عفونت بپردازند."جاشوا لئونارد"(Joshua Leonard)، سرپرست این پژوهش گفت: یک ویروس برای ورود به سلول و تکثیر شدن باید از مکانیسمی شبیه به قفل و کلید استفاده کند. در این مکانیسم، مولکول‌های روی سطح ویروس مانند کلید عمل می‌کنند و به مولکول‌های قفل مانند روی سطح سلول متصل می‌شوند. این مکانیسم، ویروس را قادر می‌سازد تا به سلول وارد شود.

پژوهشگران، ذرات ریزی موسوم به نانوذرات بیولوژیکی ابداع کردند که از سلول‌های انسانی مشتق شده بودند و آنها را طوری مهندسی کردند که گیرنده‌های "آنزیم ۲ مبدل آنژیوتانسین"(ACE2) را روی سطح خود نشان دهند. این ذرات تقریبا به اندازه ویروس و ۱۰ میلیون برابر کوچک‌تر از یک سلول انسانی هستند. آنها یک هدف جایگزین برای ویروس ایجاد می‌کنند و سلول‌های سالم را دست‌نخورده می‌گذارند.لئونارد ادامه داد: هنگامی که کروناویروس به این ذرات طعمه‌ متصل می‌شود، سلول‌ها را آلوده نمی‌کند. اتصال به یک ذره طعمه باعث می‌شود که ویروس، چرخه عفونت طبیعی خود را به صورت کاذب آغاز کند و بدین ترتیب، این چرخه بی‌اثر می‌شود.

ذرات فریبنده برای درمان بیماری‌های عفونی
تغییر روش استاندارد برای هدف قرار دادن یک ویروس به عنوان یک راهبرد، موفقیت‌هایی را در درمان سایر بیماری‌های عفونی مانند HIV داشته است. پژوهشگران طی پژوهشی که در سال ۲۰۱۸ انجام شد، غشای پلاسمایی سلول‌های "CD4+ T" را که حاوی آنتی‌ژن‌های حیاتی برای اتصال HIV هستند، با نانوذرات مبتنی بر پلیمر پوشاندند. سپس، با انحراف ویروس از سلول‌های میزبان مورد نظر، به خنثی کردن HIV پرداختند. این پژوهش هنوز ادامه دارد اما امکان تحقق این روش جدید را نشان می‌دهد.

لئونارد گفت: همه سلول‌های بدن ما دائما در حال دفع نانوذرات بیولوژیکی هستند و بدن ما به طور مداوم این مواد را جذب و بازیافت می‌کند. ایده کلی ساخت ذرات طعمه برای ویروس‌های گوناگون، از جمله چند پژوهش عالی با تمرکز بر کروناویروس، توسط همکاران ما در دانشگاه نورث‌وسترن بررسی شده است.راهبرد فریب دادن ممکن است مزیت جلوگیری از مقاومت ویروسی در نتیجه فرار تکاملی را نیز به همراه داشته باشد. فرار تکاملی، توانایی ویروس برای جهش یافتن و فرار کردن از یک درمان معین است.لئونارد اضافه کرد: آنچه ما می‌خواستیم بدانیم این بود که چگونه می‌توان چنین ذراتی را به گونه‌ای طراحی و تولید کرد که به طور ویژه بتوانند از ابتلا به یک ویروس که به سرعت در حال تکامل یافتن است، جلوگیری کنند.

طعمه‌های سلولی ساخته‌شده برای کروناویروس
ذرات بیولوژیکی که شباهت زیادی به ترکیب غشای سلول طبیعی دارند، بهترین گزینه برای رفتار کردن مانند طعمه هستند. پژوهش‌های پیشین، در زمینه‌های دیگری از وزیکول‌های خارج سلولی استفاده کرده‌اند که ذرات متصل به لیپید هستند و توسط سلول‌ها برای انتقال محموله‌های بیولوژیکی مانند پروتئین‌ها، لیپیدها، آران‌ای یا DNA منتشر می‌شوند. در مقایسه با نانوذرات مصنوعی، آنها با محیط‌های بیولوژیکی سازگار هستند و هیچ ویژگی سمی شناخته‌شده یا واکنش ایمنی را ایجاد نمی‌کنند.

"نها کامات"(Neha Kamat)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این نانوذرات بیولوژیکی که ما از آنها به عنوان طعمه استفاده کرده‌ایم، پیشتر در آزمایشات بالینی انسانی برای کاربردهای گوناگون مورد استفاده قرار گرفته‌اند و از این رو می‌دانیم که خود این ذرات بی‌خطر هستند.بخش مهمی از پژوهش کنونی، کشف چگونگی بیان و نمایش تعداد زیادی گیرنده ACE2 روی هر نانوذره است تا اطمینان حاصل شود که این ذرات می‌توانند طعمه‌های قوی و مؤثری برای سویه‌های ویروسی گوناگون باشند.

پژوهشگران، طرح‌ چندین نوع وزیکول گوناگون را مقایسه کردند و علاوه بر بررسی روش‌ ساخت آنها، به ارزیابی این موضوع پرداختند که گیرنده‌های ACE2 را تا چه اندازه بیان می‌کنند. سپس پژوهشگران، توانایی مهار عفونت را با استفاده از مدل‌های گوناگون ویروس که هر کدام نشان‌دهنده سویه‌های جهش‌یافته کروناویروس بودند، ارزیابی کردند. از جمله موارد مورد بررسی این بود که ویروس چگونه می‌تواند در آینده تکامل یابد.لئونارد گفت: نانوذرات طعمه ما در مقایسه با داروهای بازدارنده سنتی مبتنی بر پروتئین، در مهار ویروس‌های جهش‌یافته، تا ۵۰ برابر مؤثرتر بودند.

کامات گفت: ما طعمه‌های خود را در برابر انواع جدید نیز آزمایش کردیم و آنها به کار خود ادامه دادند.نانوذرات طعمه، یک چالش تکاملی برای کروناویروس به شمار می‌روند. جهش‌هایی که توانایی ویروس را برای اتصال به طعمه‌ها از طریق فرار طبیعی تکاملی کاهش می‌دهند، می‌توانند به کاهش توانایی اتصال به سلول‌های طبیعی و آلوده کردن آنها نیز منجر شوند.مزیت بالقوه دیگر این است که اگر گونه‌های عفونی بیشتری تکامل پیدا کنند تا میل پیوند بیشتری داشته باشند، به همان اندازه یا بیشتر مستعد فریب خوردن با طعمه‌ها خواهند بود. ویروس برای جلوگیری از این روش درمانی باید راه کاملا جدیدی را برای ورود به سلول‌ها ارائه دهد.

کاربرد بالینی
لئونارد گفت: ما باور داریم که برای درمان بیماران مبتلا به کووید-۱۹، درمان‌های فریبنده در یک محیط بالینی مفید هستند. در مورد همه‌گیری کنونی، این روش احتمالا برای بیماران مبتلا به نقص ایمنی یا برای درمان گونه‌هایی از ویروس که ممکن است به هر دلیلی در برابر داروهای موجود یا سیستم ایمنی بدن مقاومت ایجاد کنند، بسیار مهم است. این طعمه‌ها می‌توانند با روشی مشابه درمان‌های پادتن، به صورت وریدی به جریان خون وارد شوند.
وی افزود: برای مقایسه می‌توان گفت که تزریق یک دوز معمولی از داروی ضد ویروسی کووید-۱۹ شرکت "GSK"، معادل حدود ۱۰۱۸ مولکول دارو است. این اعداد، بزرگ به نظر می‌رسند اما نانووزیکول‌ها تقریبا به اندازه ویروس هستند. بنابراین ما در واقع در مورد مواد زیادی صحبت نمی‌کنیم.

زیرساخت‌های لازم برای تولید صنعتی این ذرات وجود دارد زیرا تعدادی از شرکت‌های داروسازی، نانوذرات بیولوژیکی مشابهی را برای کاربردهای دیگر تولید می‌کنند. در هر حال، پیش از اینکه آنها بتوانید این مراحل را در نظر بگیرند، چند مانع وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد. این موانع، ارزیابی ایمنی و توانایی مهار عفونت در بیماران انسان هستند.

لئونارد گفت: ما باید بفهمیم که برای این طعمه‌ها و ویروس‌ها که در بدن انسان با هم تعامل دارند، چه اتفاقی می‌افتد. اگرچه این موضوع مشخص نیست اما ما حدس می‌زنیم هنگامی که طعمه‌ها به ویروس‌ها متصل می‌شوند و آنها را غیرفعال می‌کنند، از بدن پاک می‌شوند و مورد بازیافت قرار می‌گیرند. بدن ما مکانیسم‌های طبیعی مورد نیاز برای تجزیه و پاکسازی نانووزیکول‌های بیولوژیکی را دارد. بنابراین می‌توان آنها را چندین بار یا در مدت زمان طولانی‌تری استفاده کرد؛ بدون اینکه نگرانی در مورد تجمع کردن یا سمی بودن آنها وجود داشته باشد.
وی افزود: همه مواردی که گفته شد و درک این که چگونه این ذرات در بدن انسان کار می‌کنند، یک هدف مهم برای پژوهش‌های آینده خواهد بود.این پژوهش، در مجله "Small" به چاپ رسید.