يعد AeroNabs بحماية قوية وقابلة للاستنشاق ضد COVID-19
وبينما ينتظر العالم اللقاحات للسيطرة على وباء Covid -19، ابتكر علماء جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو نهجا جديدا لوقف انتشار sars - cov -2، الفيروس الذي يسبب المرض.
بقيادة طالب الدراسات العليا بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو مايكل شوف ، قام فريق من الباحثين بهندسة جزيء اصطناعي بالكامل جاهز للإنتاج يقيد آلية Sars - cv -2 الحيوية التي تسمح للفيروس بإصابة خلايانا. وكما ورد في ورقة بحث جديدة ، متاحة الآن على خادم الطباعة المسبقة BioRxiv ، تظهر التجارب التي تستخدم الفيروسات الحية أن الجزيء هو من بين أقوى مضادات الفيروسات SARS - COV -2 التي تم اكتشافها حتى الآن.
وفي تركيبة الأيروسول التي اختبروها ، والتي أطلق عليها الباحثون اسم "AeroNabs "، يمكن إعطاء هذه الجزيئات ذاتيًا باستخدام بخاخ الأنف أو جهاز الاستنشاق. يمكن أن توفر AeroNabs ، التي تستخدم مرة واحدة في اليوم ، حماية قوية وموثوقة من SARS - COV -2 حتى يصبح اللقاح متاحًا. يجري فريق البحث مناقشات نشطة مع الشركاء التجاريين لزيادة التصنيع والاختبار السريري لـ AeroNabs. إذا نجحت هذه الاختبارات ، يهدف العلماء إلى جعل AeroNabs متاحة على نطاق واسع كدواء غير مكلف بدون وصفة طبية للوقاية من COVID -19 وعلاجه.
وقال بيتر والتر ، وهو أستاذ الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو وأحد الباحثين في معهد هوارد هيوز الطبي: أن AeroNabs "أكثر فعالية بكثير من الأشكال القابلة للارتداء من معدات الوقاية الشخصية ، نحن نعتبر AeroNabs شكلا جزيئيا من معدات الوقاية الشخصية التي يمكن أن تكون بمثابة فجوة مؤقتة مهمة حتى توفر اللقاحات حلا أكثر دواما لـCOVID -19. وأضاف والتر أنه بالنسبة لأولئك الذين لا يستطيعون الوصول إلى لقاحات Sars - cv -2 أو لا يستجيبون لها ، يمكن أن تكون أيرونابس(AeroNabs) خط دفاع أكثر دوامًا ضد covid -19.
وقال شوف، وهو عضو في مختبر والتر لاب وأحد المخترعين المشاركين في آيران نابس "لقد جمعنا مجموعة مذهلة من الكيميائيين الحيويين وعلماء الخلايا وعلماء الفيروولوجيين والبيولوجيين الأنشيئيين والبيولوجيين من أجل الحصول على المشروع من البداية إلى النهاية في غضون بضعة أشهر فقط".
تصميم مستوحى من اللاما
وعلى الرغم من أن أيرو نابس(AeroNabs) قد تم تصميمه بالكامل في المختبر، إلا أن أجساما نانوية وبروتينات مناعية شبيهة بالأجسام التي تظهر بصورة طبيعية في اللاما والجمال والحيوانات ذات الصلة. منذ اكتشافهما في مختبر بلجيكي في أواخر عام 1980، أثارت الخصائص المميزة للجسم النانوي اهتمام العلماء في مختلف أنحاء العالم.
"وعلى الرغم من أنها تعمل بشكل كبير مثل الأجسام المضادة الموجودة في جهاز المناعة البشري، فإن الأجسام النانوية تقدم عددا من المزايا الفريدة للعلاجات الفعالة ضد السارس-CoV-2" كما أوضح المخترع المشترك أشيش مانجليك، ماريلاند، أستاذ مساعد في الكيمياء الصيدلانية، الذي يستخدم أجساما نانوية كأداة في بحثه عن هيكل ووظائف البروتينات التي ترسل وتتلقى إشارات عبر الخلية غشاء.
على سبيل المثال، الأجسام النانوية هي أجسام أصغر من الأجسام المضادة للإنسان، مما يجعلها أسهل في التلاعب بها وتعديلها في المختبر. كما أن حجمها الصغير وبنيتها البسيطة نسبيا تجعلها أكثر إستقرارا من الأجسام المضادة للثدييات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، وعلى عكس الأجسام المضادة للإنسان، فإن الأجسام النانوية يمكن أن تنتج بسهولة وبتكاليف باهظة: العلماء يدرجون الجينات التي تحتوي على مخططات جزيئية لبناء أجسام نانوية في هيئة. إيكولاي القولونية أو الخميرة، وتحويل هذه الميكروبات إلى معامل نانوية عالية الإنتاج. وقد أستخدمت نفس الطريقة بأمان لعقود من الزمان لإنتاج الأنسولين بكميات كبيرة.
لكن كما أشار مانجليك، كانت الأجسام النانوية نقطة البداية بالنسبة لنا. وعلى الرغم من جاذبيتنا من تلقاء نفسها، كنا نظن أننا قادرون على التحسين عليها من خلال هندسة البروتين. وقد أدى ذلك في النهاية إلى تطوير AeroNabs.
المسمار هو مفتاح العدوى
ويعتمد سارس-Cov -2 على ما يسمى بروتينات المسامير التي تصيب الخلايا. هذه المسامير تلتقط سطح الفيروس وتمنح مظهرا شبيها بالتاج عند مشاهدته من خلال مجهر إلكتروني — ومن ثم اسم "فيروس كورونا" للعائلة الفيروسية التي تضم سارس-Cov -2. ولكن المسامير هي أكثر من مجرد زينة — انها المفتاح الاساسي الذي يسمح للفيروس بالدخول إلى خلايانا.
مثل أداة يمكن تتبعها، يمكن أن تتحول المسامير من حالة مغلقة غير نشطة إلى حالة مفتوحة ونشطة. فعندما تصبح أي من ارتفاعات جسيمات الفيروسات التي يبلغ عددها 25 ارتفاعاً نشطة ، فإن "نطاقات ربط المستقبلات" الثلاثة ، أو RBDs ، تصبح مكشوفة ومستعدة لربطها بـ ACE 2 (والذي يطلق عليه "أس 2 ")، وهو مستقبل موجود على الخلايا البشرية التي تبطن الرئة ومجرى الهواء.
ومن خلال التفاعل الذي يشبه القفل والمفتاح بين مستقبل ACE2 و RBD، يكنسب الفيروس الدخول إلى الخلية، حيث يحول مضيفه الجديد إلى مصنع لفيروس كورونا. ويعتقد الباحثون انه إذا ما وجدوا أجساما نانوية تعوق تفاعلات المسمار-كوفيد-2، فقد يمنعون الفيروس من اصابته بالخلايا.
الأجسام النانوية تعطل المسامير وتمنع العدوى
ولإيجاد مرشحين فعالين، قام العلماء بتحليل مكتبة متطورة مؤخرا في مختبر مانجليك تضم أكثر من 2 مليار جسم نانوي اصطناعي.وبعد جولات متتالية من الاختبارات التي، فرضوا خلالها معايير أكثر صرامة للقضاء على المرشحين الضعفاء أو غير الفعالين، انتهى العلماء بـ21 جسم نانوي يمنع شكلا معدلا من المسمار السريع من التفاعل مع Ace 2.
وقد أظهرت التجارب الأخرى، بما في ذلك إستخدام مجهر الإلكترنات في تصوير واجهة المسمار النانوي في الجسم، أن الأجسام النانوية الأكثر قوة تحول دون التفاعلات بين المسمار-Ace 2 عن طريق ربط نفسها بشكل قوي مباشرة بالمسامير التي ترمى الجسم. تعمل هذه الأجسام النانوية قليلاً كغلاف يغطي "مفتاح" RBD ويمنع إدخالها في "قفل" ACE2.
ومع توفر هذه النتائج، لا يزال الباحثون بحاجة إلى إثبات أن هذه الأجسام النانوية يمكن أن تمنع الفيروس الحقيقي من إصابة الخلايا. وقد قامت فيرونيكا ريزيلي، دكتوراه في علم الأحياء في مختبر ماركو فيغنوزي، الحاصل على درجة الدكتوراه في معهد باستور في باريس، باختبار الأجسام النانوية الثلاثة الواعدة ضد السارس-Cov -2، ووجدت أن الأجسام النانوية فعالة للغاية، فمنعت العدوى حتى بجرعات منخفضة للغاية.
ولكن أقوى هذه الأجسام النانوية لا تعمل فقط كغلاف فوق RBDs بل تعمل أيضا مثل مصيدة الفئران الجزيئية، فتصد على الارتفاع السريع في حالتها المغلقة وغير النشطة، وهو ما يضيف طبقة إضافية من الحماية ضد التفاعلات المسمارية - ACE 2 التي تؤدي إلى العدوى.
من أجسام نانوية إلى آيرو نابس (AeroNabs)
ثم قام العلماء بعد ذلك بهندسة هذا الجسم النانوي مزدوج الحركة بعدة طرق لجعله أكثر فعالية ضد الفيروس. وفي مجموعة واحدة من التجارب، تحورت كل واحدة من كتل بناء الأحماض الأمينية في الجسم النانوي التي تتصل بمسمار لاكتشاف تغيرين محددين أسفرا عن زيادة مقدارها 500 مرة في الفعالية.
في مجموعة منفصلة من التجارب، قاموا بهندسة سلسلة جزيئية يمكنها ربط ثلاث أجسام نانوية معا. وكما ذكر، يحتوي كل بروتين في حقل المسمار على ثلاثة أقراص مضبوطة (RBD)، يمكن لأي منها أن يتصل بالسلاسل ACE2 لمنح الفيروس الدخول إلى الخلية. ويضمن الجسم النانوي الثلاثي المرتبط الذي أنشأه الباحثون أنه إذا ارتبط جسم نانوي واحد بـ RBD ، فإن الاثنين الآخرين سيرتبطون بـ RBDs المتبقية ووجدوا أن هذا الجسم النانوي الثلاثي أكثر قدرة ب 200,000 مرة من جسم نانوي واحد.
وقال والتر إنه عندما اعتمدوا على نتائج كلا التعديلين ، وربطوا ثلاثة من الأجسام النانوية المتحولة القوية معًا ، كانت النتائج "خارج المخططات". "لقد كانت فعالة لدرجة أنها تجاوزت قدرتنا على قياس فعاليتها."
سيكون من السهل إدارتها كأيروسول
وقد شكل هذا البناء النانوي فائق القوة المكون من ثلاثة أجزاء أساس AeroNabs. وفي مجموعة أخيرة من التجارب، وضع الباحثون أجسام النانو ثلاثية الأجزاء من خلال سلسلة من إختبارات الإجهاد، وأخضعوها لدرجات حرارة مرتفعة، وحولوها إلى مسحوق مستقر على الرف، وصنعوا الأيروسول. كل عملية من هذه العمليات ضارة جدا بمعظم البروتينات، لكن العلماء أكدوا أنه، بفضل الاستقرار المتأصل في الأجسام النانوية، لم يكن هناك أي فقدان للقوه المضادة للفيروسات في الشكل الأيروسوليزي ، مما يشير إلى أن AeroNabs هو مضاد فعال للفيروس SARS - COV -2 قوي والتي يمكن أن تكون عملية الاستخدام من خلال جهاز استنشاق مستقر على الرف أو رذاذ الأنف.
ويقول مانجليك إننا لسنا وحدنا في التفكير أن آيرو نابس (AeroNabs) هي تكنولوجيا مميزة. "فريقنا يجري مناقشات مستمرة مع شركاء تجاريين محتملين مهتمين بتصنيع وتوزيع أجهزة AeroNabs، ونأمل أن نبدأ تجارب بشرية قريبا. إذا أثبت AeroNabs فعاليته كما نتوقعه، فقد يساعدنا على إعادة تشكيل مسار الجائحة في جميع أنحاء العالم.
الباحثون: ومن بين الباحثون الإضافيين بريان فاوست، رأوبين أ. ساندرز، و سمريتي سانغوان، و نيك هوبي، و مورغان بون، و كريستيان باتشي بيليسبول، و مارسيل زيماني، و يشان ديشباندي، و جياهاو ليانغ، و أديتيا أ. أناند، نيفي دوبزينسكي، وبيت شوشانا زها، وبنيامين بارسي-رين، فلاديسلاف بيلي، وسيليك نوك، ويوي ليو من إتحاد نقابات العمال؛ كميل ر. سيموناو، كريستوفر ليون، نيفان جي. كروغان، دانيال إل. سواني وملاني أوت من معهد العلوم البيولوجية الكمية التابع لشركة UCSF (QBI) ومن J. معاهد ديفيد جلادستون؛ وأندرو دبليو باريل-هيل من سايتيفا للعلوم الحياتية؛ سايان جوبتا وكوري واي. رالستون من مختبر لورنس بيركلي الوطني؛ وكريس م وايت وأدولفو جارسيرت ساستر من مدرسة إيكان للطب في جبل سيناء ؛ واتحاد البيولوجيا الهيكلية لمجموعة أبحاث فيروس كورونا في QBI. Schoof و Faust و Saunders و Sangwan و Rezelj .
التمويل: تم دعم هذا العمل من قبل صندوق الاستجابة "كوفد-19" التابع لاتحاد إنقاذ الطفولة ، وهو منحة من شركة ألين وشركاه ، ومؤيدي برنامج الاتحاد من أجل أبحاث الطب الحيوي (Pbr )، الذي تم إنشاؤه بدعم من مؤسسة ساندلر. وشمل الدعم الآخر منح معاهد الصحة الوطنية Dp 5 od 023048 و s 10 od 020054 و s 10 od 021741 و 1 r 01 gm 126218 ؛ ومنحة التفوق anr -10 lbx -62- ibid ؛ وحملة جمع التبرعات لمعهد باستور للطوارئ covid -19 ؛ ومكتب العلوم ومكتب البحوث البيولوجية والبيئية التابع لوزارة الطاقة في الولايات المتحدة بموجب العقد de - ac 02-05 ch 11231 ؛ وزمالة هيلين هاي ويتني لما بعد الدكتوراه ؛ ومؤسسة ألفريد بنزون ؛ وهدية من مؤسسة رودنبري ؛ ومعهد هوارد هيوز الطبي ؛ وصناديق بيو الخيرية ؛ وصندوق استير أ. وجوزيف كلينغشتاين ؛ وبرنامج سيرل للباحثين.
الإفصاحات: Schoof و Faust و Saunders و Hoppe و Walter و Manglik هم مخترعون في براءة اختراع مؤقتة تصف الأجسام النانوية المضادة لـ Spike الموصوفة في البحث.
أقرأ أيضا:
إرسال تعليق