Un equipo de científicos del Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales NCATS y el Laboratorio de Investigación Naval NRL en Washington, DC, ha desarrollado una nueva herramienta que imita cómo el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID,19 - infecta una célula, información que potencialmente podría acelerar la búsqueda de tratamientos contra la enfermedad.
La herramienta es una sonda de nanopartículas fluorescentes que utiliza la proteína de pico en la superficie del SARS-CoV-2 para unirse a las células y desencadenar el proceso que empuja al virus hacia la célula. La sonda podría usarse en pruebas para medir rápidamente elcapacidad de los productos biológicos, fármacos y compuestos para bloquear el virus real de infectar células humanas. Los hallazgos de los investigadores aparecieron en línea el 26 de agosto en ACS Nano .
"Nuestro objetivo es crear un sistema de detección para encontrar compuestos que impidan que el SARS-CoV-2 se una a las células y las infecte", explicó Kirill Gorshkov, Ph.D., científico traslacional en NCATS y coautor correspondientede El estudio.
Sin embargo, usar el virus real en tales estudios de detección sería difícil y requeriría instalaciones especiales. En cambio, Gorshkov y Eunkeu Oh, Ph.D., un biofísico investigador de NRL y coautor correspondiente del estudio, y sus colegas queríanutilizar nanopartículas para imitar la función viral de unirse e invadir la célula humana huésped.
Los investigadores de NCATS y NRL colaboraron para diseñar y probar la sonda, combinando sus conjuntos de habilidades complementarias para entregar resultados mucho antes que los esfuerzos de investigación separados. El equipo de NRL, dirigido por Mason Wolak, Ph.D., un experto en ópticananomateriales, junte la colaboración inicial.
"Nosotros en NRL somos expertos en nanopartículas y los investigadores de NCATS son expertos en detección de drogas usando sistemas celulares", explicó Oh. "Entonces, fue la combinación perfecta".
Para crear la sonda, los científicos del NRL construyeron una nanopartícula fluorescente llamada punto cuántico, hecha de cadmio y selenio. Con un tamaño de alrededor de 10 nanómetros, estas nanopartículas esféricas son 3.000 veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano.
El equipo de investigación de NCATS-NRL luego tachonó las superficies de los puntos cuánticos con una sección de la proteína pico del SARS-CoV-2 que se une al receptor de la enzima convertidora de angiotensina 2 ACE2 en las células humanas. La unión de la proteína picocon ACE2 es el primer paso en el camino hacia la infección viral.
El brillo de los puntos cuánticos permite a los científicos rastrear el comportamiento de los puntos bajo un microscopio. "Debido a que son objetos fluorescentes tan brillantes, los puntos cuánticos nos brindan un sistema poderoso para rastrear la conexión viral y los efectos en la célula en tiempo real.", explicó Gorshkov.
Los investigadores rastrearon cómo las sondas de puntos cuánticos interactuaban con células humanas que tienen ACE2 en sus superficies. Observaron cómo las sondas de nanopartículas se unían a ACE2, que se combinó con las sondas y las introdujo en las células. Las sondas de puntos cuánticos hicieron lo mismo enuna línea de células pulmonares comúnmente utilizada en ensayos de coronavirus. Los datos de seguridad mostraron que las sondas no eran tóxicas para las células de prueba a las concentraciones y tiempos de exposición usados en el estudio.
Los puntos cuánticos siguieron la ruta del SARS-CoV-2 hacia las células, pero el equipo de investigación descubrió que las sondas también imitaban al virus en presencia de anticuerpos. Los anticuerpos son proteínas producidas por el sistema inmunológico que pueden neutralizar virus como el SARS-CoV-2. Los anticuerpos demostraron ser potentes inhibidores de las sondas de puntos cuánticos, evitando que se unan a ACE2 y entren en células humanas.
Esa respuesta de anticuerpos significa que las sondas de puntos cuánticos podrían ayudar a los investigadores a probar rápidamente la capacidad de los agentes terapéuticos potenciales para bloquear la entrada del virus e infectar las células. Los ensayos que utilizan las sondas también podrían determinar las concentraciones a las que los tratamientos potenciales pueden bloquear la infección de forma segura y eficaz..
"Usando los puntos cuánticos, podríamos crear pruebas para usar en la detección de drogas y la reutilización de drogas, usando bibliotecas de compuestos que tienen actividad pero que también están aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos", dijo Gorshkov. "Tales ensayos podrían rápidamenteidentificar tratamientos prometedores y seguros para COVID-19. "
Es posible que ACE2 no sea el único objetivo del receptor SARS-CoV-2, y el diseño flexible de la sonda de punto cuántico permitirá a los investigadores intercambiar picos que se unen a otros receptores. Con la sonda, los investigadores también podrían probar cómo cambian las mutaciones en el picola forma en que se comporta el virus, y qué tan bien funcionan los tratamientos, agregando los picos mutados a los puntos cuánticos.
Más allá del SARS-CoV-2, los investigadores podrían revisar la sonda de nanopartículas para imitar otros virus y revelar sus vías de infección. Las sondas de puntos cuánticos también podrían ser útiles al probar posibles terapias para otras enfermedades, dijo Gorshkov. Los puntos cuánticos también podríanadministran medicamentos directamente a las células, reduciendo el tratamiento a tipos de células, órganos o cánceres específicos.
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Materiales proporcionado por NIH / Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales NCATS . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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