Существуют антибиотики против опасных бактерий, но мало антидотов для лечения острых вирусных инфекций. Некоторые инфекции можно предотвратить с помощью вакцинации, но разработка новых вакцин – долгий и трудоемкий процесс.
Теперь междисциплинарная исследовательская группа из Технического университета Мюнхена, Центра им.
Гельмгольца в Мюнхене и Университета Брандейса (США) предлагает новую стратегию лечения острых вирусных инфекций: команда разработала наноструктуры, состоящие из ДНК, вещества, которое составляет наш генетический материал, который может улавливать вирусы и делать их безвредными.
Наноструктуры ДНК
Еще до того, как новый вариант вируса короны остановил мир, Хендрик Дитц, профессор биомолекулярной нанотехнологии на физическом факультете Мюнхенского технического университета, и его команда работали над созданием объектов размером с вирус, которые собираются сами.
В 1962 году биолог Дональд Каспар и биофизик Аарон Клуг открыли геометрические принципы, согласно которым строятся белковые оболочки вирусов.
Основываясь на этих геометрических характеристиках, команда Хендрика Дитца из Технического университета Мюнхена при поддержке Сета Фрадена и Майкла Хагана из Университета Брандейса в США разработала концепцию, которая позволила создать искусственные полые тела размером с вирус.
Летом 2019 года команда поинтересовалась, можно ли использовать такие полые тела как своего рода «вирусную ловушку»."Если бы они были покрыты вирус-связывающими молекулами внутри, они должны были бы прочно связывать вирусы и, таким образом, выводить их из обращения.
Однако для этого полые тела также должны иметь достаточно большие отверстия, через которые вирусы могут проникнуть в оболочки.
«Ни один из объектов, которые мы создали с использованием технологии ДНК-оригами в то время, не смог бы охватить целый вирус – они были просто слишком малы», – вспоминает Хендрик Дитц. "Создание стабильных полых корпусов такого размера было огромной проблемой."
Комплект для вирусной ловушки
Исходя из базовой геометрической формы икосаэдра, объекта, состоящего из 20 треугольных поверхностей, команда решила построить полые тела для вирусной ловушки из трехмерных треугольных пластин.
Чтобы пластины ДНК собирались в более крупные геометрические структуры, края должны быть слегка скошены. Правильный выбор и расположение точек привязки на краях гарантирует, что панели самостоятельно собираются на желаемые объекты.
«Таким образом, теперь мы можем запрограммировать форму и размер желаемых объектов, используя точную форму треугольных пластин», – говорит Хендрик Дитц. «Теперь мы можем производить объекты, содержащие до 180 единиц, и достигать доходности до 95 процентов. Однако путь туда был довольно сложным, с множеством итераций."
Вирусы надежно блокируются
Изменяя точки привязки на краях треугольников, ученые команды могут создавать не только замкнутые полые сферы, но и сферы с отверстиями или полуоболочки. Затем их можно использовать в качестве вирусных ловушек.
В сотрудничестве с командой проф. Ульрике Протцер, глава Института вирусологии в TUM и директор Института вирусологии в Центре им. Гельмгольца в Мюнхене, команда проверила вирусные ловушки на аденоассоциированных вирусах и ядрах вируса гепатита B.
«Даже простая полуоболочка подходящего размера показывает заметное снижение активности вируса», – говорит Хендрик Дитц. «Если мы поместим пять сайтов связывания для вируса внутри, например подходящие антитела, мы уже можем заблокировать вирус на 80 процентов, если мы включим больше, мы добьемся полной блокировки."
Чтобы предотвратить немедленное разложение частиц ДНК в жидкостях организма, команда облучила готовые строительные блоки ультрафиолетовым светом и обработала снаружи полиэтиленгликолем и олиголизином.
Таким образом, частицы были стабильны в сыворотке мыши в течение 24 часов.
Универсальный принцип строительства
Теперь следующий шаг – протестировать строительные блоки на живых мышах. «Мы очень уверены, что этот материал также хорошо переносится человеческим организмом», – говорит Дитц.
«Бактерии имеют метаболизм.
Мы можем атаковать их по-разному », – говорит проф. Ульрике Протцер. «Вирусы, с другой стороны, не имеют собственного метаболизма, поэтому противовирусные препараты почти всегда нацелены против определенного фермента в одном вирусе.
Такое развитие требует времени. Если идея простого механического уничтожения вирусов может быть реализована, это будет широко применимо и, следовательно, станет важным прорывом, особенно для вновь появляющихся вирусов.
Исходные материалы для вирусных ловушек могут производиться серийно с использованием биотехнологий по разумной цене. «В дополнение к предлагаемому применению в качестве ловушки вирусов наша программируемая система также создает другие возможности», – говорит Хендрик Дитц. «Также можно было бы использовать его в качестве поливалентного носителя антигена для вакцинации, в качестве носителя ДНК или РНК для генной терапии или в качестве транспортного средства для лекарств."