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¿Es así como el virus cae en la trampa?

by notiulti

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Un posible nuevo tratamiento contra la corona

por el Dr. Andreas Battenberg

(20.07.2021) Hasta ahora no existen antídotos eficaces para la mayoría de las infecciones por virus. Un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha desarrollado ahora una nueva estrategia: utilizando el método del origami de ADN a partir de material genético, nanocápsulas hechas a medida encierran virus y, por lo tanto, los vuelven inofensivos. La estrategia ya ha sido probada contra hepatitis y virus adenoasociados. También podría ser eficaz contra los virus corona.

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El primer autor Christian Sigl prepara las nanocápsulas en el laboratorio del Centro de Nanotecnología y Nanomateriales de TUM.
Foto: Daniel Delang / TUM

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Revestidas en el interior con moléculas que se unen a virus, las nano medias capas hechas de material de ADN unen los virus a sí mismos y, por lo tanto, los vuelven inofensivos.
Foto: Elena-Marie Willner / DietzLab / TUM

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Existen antibióticos contra bacterias peligrosas; desafortunadamente, actualmente no existen antídotos directamente efectivos contra la mayoría de las infecciones por virus. Ciertas infecciones se pueden prevenir con vacunas, pero desarrollar una vacuna de este tipo requiere mucho tiempo. Un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad Técnica de Múnich, el Centro Helmholtz de Múnich y la Universidad Brandeis (EE. UU.) Propone ahora una estrategia completamente nueva para la terapia de infecciones virales agudas. El equipo ha desarrollado nanoestructuras a partir del ADN, el material que forma nuestro genoma, que los virus pueden capturar y volver inofensivos.

Nanoestructuras de ADN

Incluso antes de que la nueva variante del virus corona comenzara a mantener al mundo en suspenso, Hendrik Dietz, profesor de Nanotecnología Biomolecular en el Departamento de Física de la Universidad Técnica de Munich, y su equipo estaban trabajando en la construcción de objetos del tamaño de un virus que ensamblan ellos mismos. En 1962, el biólogo Donald Caspar y el biofísico Aaron Klug descubrieron los principios geométricos según los cuales se construyen las envolturas proteicas de los virus. Sobre la base de estas especificaciones geométricas, el equipo de Hendrik Dietz en la Universidad Técnica de Munich, con el apoyo de Seth Fraden y Michael Hagan de la Universidad Brandeis en los EE. UU., Desarrolló un concepto que hizo posible producir cuerpos huecos artificiales del tamaño de un virus.

En el verano de 2019, el equipo preguntó si esos cuerpos huecos también podrían usarse como una especie de “trampa de virus”. Si estuvieran revestidos con moléculas que se unen a virus en el interior, tendrían que poder unir virus fuertemente a sí mismos y así poder sacarlos de la circulación. Para hacer esto, los cuerpos huecos deberían tener aberturas suficientemente grandes a través de las cuales los virus puedan ingresar a las conchas.

“Ninguno de los objetos que habíamos construido con la tecnología de origami de ADN hasta la fecha habría podido contener de manera segura un virus completo; simplemente eran demasiado pequeños”, dice Hendrik Dietz en retrospectiva. “Construir cuerpos huecos estables de este tamaño fue un gran desafío”.

El kit para una trampa de virus

Basándose en la forma geométrica básica del icosaedro, un objeto formado por 20 superficies triangulares, el equipo decidió construir los cuerpos huecos para la trampa de virus a partir de placas triangulares tridimensionales. Para que las placas de ADN se puedan juntar para formar estructuras geométricas más grandes, los bordes deben estar ligeramente biselados. La elección y el posicionamiento correctos de los puntos de unión en los bordes aseguran que los paneles se ensamblen para formar los objetos deseados.

“De esta manera, ahora podemos programar la forma y el tamaño de los objetos deseados usando la forma exacta de las placas triangulares”, dice Hendrik Dietz. “Ahora podemos producir objetos con hasta 180 subunidades y lograr rendimientos de hasta el 95 por ciento. El camino, sin embargo, fue bastante accidentado, con muchas iteraciones. “

Los virus se bloquean de forma fiable

Al variar los puntos de unión en los bordes de los triángulos, los científicos del equipo no solo pueden crear esferas huecas cerradas, sino también esferas con aberturas o medias conchas. Luego, estos pueden usarse como trampas de virus. En cooperación con el equipo de la profesora Ulrike Protzer, jefa del Instituto de Virología de TUM y directora del Instituto de Virología del Centro Helmholtz de Múnich, el equipo probó las trampas de virus en virus adenoasociados y núcleos del virus de la hepatitis B.

“Incluso una simple media concha del tamaño correcto muestra una reducción medible en la actividad del virus”, dice Hendrik Dietz. “Si colocamos cinco sitios de unión para el virus en el interior, por ejemplo anticuerpos adecuados, ya podemos bloquear el virus en un 80 por ciento, si incorporamos más, logramos un bloqueo completo”.

Para que las partículas de ADN en los fluidos corporales no se descompongan de inmediato, el equipo irradió los bloques de construcción terminados con luz ultravioleta y los trató externamente con polietilenglicol y oligolisina. Por tanto, las partículas fueron estables en suero de ratón durante 24 horas.

Un principio de construcción universal

El siguiente paso es probar los componentes básicos en ratones vivos. “Estamos muy seguros de que este material también será bien tolerado por el cuerpo humano”, dice Dietz, al describir el procedimiento adicional. “Las bacterias tienen un metabolismo. Podemos atacarlos de diferentes formas ”, dice la profesora Ulrike Protzer. “Los virus, por otro lado, no tienen su propio metabolismo, por lo que los medicamentos antivirales casi siempre se dirigen contra una enzima específica en un solo virus. Tal desarrollo lleva tiempo. Si la idea de eliminar los virus simplemente mecánicamente se puede hacer realidad, esto sería ampliamente aplicable y, por lo tanto, un avance importante, especialmente para los virus emergentes. “

Los materiales de partida para las trampas de virus se pueden producir biotecnológicamente en masa a un costo razonable. “Además de la aplicación propuesta como trampa de virus, nuestro sistema programable también ofrece otras opciones”, dice Hendrik Dietz. “También sería concebible utilizarlo como portador de antígenos multivalentes para vacunas, como portador de ADN o ARN para terapia génica o como vehículo de transporte de fármacos”.

avance

Este trabajo fue financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Comunidad Europea como parte del proyecto FET-Open VIROFIGHT (Grant No. 899619), el European Research Council (ERC) como parte de una Consolidator Grant, la German Research Foundation (DFG). ) a través del SFB863 y el TRR179, así como a través de la financiación del programa Gottfried Wilhelm Leibniz, el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) a través del proyecto StabVacB y el Centro Alemán para la Investigación de Infecciones (DZIF), la Organización de los Países Bajos para la Investigación Científica. (NWO), la Fundación Nacional de Ciencias de los EE. UU. A través del Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Universidad de Brandeis, el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales (NIGMS) de los EE. UU. Y la Fundación Alexander von Humboldt (AvH). – (idw)

Publicación original:

Christian Sigl, Elena M. Willner, Wouter Engelen, Jessica A. Kretzmann, Ken Sachenbacher, Anna Liedl, Fenna Kolbe, Florian Wilsch, S. Ali Aghvami, Ulrike Protzer, Michael F. Hagan, Seth Fraden y Hendrik Dietz
Sistema de caparazón icosaédrico programable para atrapar virus
Nature Materials, 14 de junio de 2021 – DOI: 10.1038 / s41563-021-01020-4

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