Σε πρόσφατο (7-10-2021) άρθρο ανασκόπησης, το οποίο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature Biotechnology», Vol. 39, October 2021, 1169-1175, οι συγγραφείς του αναφέρονται στις εξελίξεις που προσφέρει η νανοτεχνολογία στον τομέα της θεραπείας και της προστασίας του ανθρώπου από τους ιούς – και από τον SARS-CoV-2. Η έρευνα και η ανάπτυξη νανοσυσκευών, με συνεργασία των Πανεπιστημίων και των Ερευνητικών Ιδρυμάτων με φαρμακευτικές εταιρείες και με εταιρείες Βιοτεχνολογίας, δημιουργούν προσδοκίες για νέες θεραπείες εναντίον μολυσματικών παραγόντων, όπως των ιών. Η χρήση ασφαλών και αποτελεσματικών βιοϋλικών, όπως πολυμερή και λιπίδια, για την παρασκευή νανοσυσκευών και τον «καθαρισμό» του ανθρώπινου οργανισμού από τους μολυσματικούς ιούς αποτελεί το αντικείμενο του άρθρου που δημοσιεύθηκε στο έγκυρο επιστημονικό περιοδικό «Nature Biotechnology».
Ο καθηγητής του Τμήματος Φαρμακευτικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών Κωνσταντίνος Δεμέτζος (demetzos@pharm.uoa.gr) παρουσιάζει τα σημαντικότερα σημεία του άρθρου αυτού.
Τα λιπιδικά νανοσωματίδια που έχουν χρησιμοποιηθεί ως δομικά συστατικά των εμβολίων εναντίον του ιού SARS-CoV-, έχει επιβεβαιωθεί ότι είναι ασφαλή και αποτελεσματικά, όχι μόνο από τις κλινικές μελέτες, αλλά και από τη χορήγησή τους σε δισεκατομμύρια δόσεις παγκοσμίως, για την προστασία εναντίον της COVID-19. Η έρευνα εξελίσσεται καθημερινά και νέες πρωτοποριακές μελέτες δημοσιεύονται και γίνονται εμφανείς οι προοπτικές ανάπτυξης και μελλοντικής έγκρισης νέων αντιιικών θεραπειών, βασισμένων στη νανοτεχνολογία. Η ανάγκη ανάπτυξη νέων αντιιικών φαρμάκων με στοχευμένη δράση, με μειωμένες ανεπιθύμητες ενέργειες και με τη μέγιστη δυνατή αποτελεσματικότητα, σχετίζεται και με την προοπτική εμφάνισης νεών πανδημικών ή και ενδημικών καταστάσεων που μπορεί να οφείλονται στην εξελικτική διαδικασία και στις μεταλλάξεις νοσογόνων παραγόντων, όπως των ιών.
Το άρθρο αναφέρεται αρχικά στη χρήση νανοβιοϋλικών τα οποία θα δημιουργήσουν νανοσυσκευές με συγκεκριμένη λειτουργικότητα, όπως τον «καθαρισμό» του οργανισμού από μολυσματικούς παράγοντες αλλά και από τον SARS-CoV-2. Το ενδιαφέρον είναι ότι οι νανοσυσκευές αυτές με δομικά υλικά λιπίδια ή και πολυμερή είναι βιοσυμβατές και βιοαποικοδομίσιμες από τον ανθρώπινο οργανισμό και αποβάλλονται μέσω των φυσιολογικών ανθρώπινων λειτουργιών. Οι νανοσυσκευές αυτές, αναγνωρίζοντας τα δομικά χαρακτηριστικά των ιών, θα συνδέονται με αυτούς και θα τους καταστρέφουν. Σημαντικό στοιχείο εδώ είναι η έννοια της αναγνωρισιμότητας του νοσογόνου παράγοντα, δηλαδή του ιού. Ως σημεία αναγνώρισης χρησιμοποιούνται οι βιολογικές «σημαίες» που υπάρχουν στην επιφάνεια των ιών (π.χ., πρωτεΐνες επιφανείας). Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τη γνώση αυτήν και με κατάλληλες δομικές τροποποιήσεις στην επιφάνεια των νανοσυσκευών μπορούν και επιτίθενται στους ιούς και τους καταστρέφουν. Επίσης, είναι σημαντικό το ότι στο άρθρο αναφέρεται η δημιουργία νανοσυσκευών με πολλαπλή λειτουργικότητα. Η ανάπτυξη πολυ-λειτουργικών νανοσυσκευών έχει στόχο τη χρήση τους στην αντιμετώπιση πολλών διαφορετικών ιών, οι οποίοι, όμως, έχουν κοινά δομικά χαρακτηριστικά, δηλαδή κοινές βιολογικές «σημαίες», οι οποίες αναγνωρίζονται από τις νανοσυσκευές. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτής προσφέρει πλεονεκτήματα και αυξάνει την αποτελεσματικότητα της νανοτεχνολογικής αντιιικής θεραπείας, ώστε η θεραπευτική προσέγγιση να είναι -για πολλούς και διαφορετικούς νοσογόνους ιούς- η ίδια.
Το άρθρο αναφέρεται στον μηχανισμό με τον οποίο μπορούμε να παρασκευάσουμε νανοσυσκευές, οι οποίες αναγνωρίζουν δομικές περιοχές του ιού SARS-CoV-2 αλλά και κοινές δομικές περιοχές με άλλους μολυσματικούς ιούς και επίσης αναλύει διαφορετικούς μηχανισμούς με τους οποίους οι διαφορετικές νανοσυσκευές λειτουργούν τόσο θεραπευτικά όσο και προστατευτικά. Περιγράφονται διαφορετικά είδη νανοσυσκευών καθώς και ερευνητικές προσπάθειες για την ανάπτυξή τους, με στόχο την παρασκευή «έξυπνων», πολυ-λειτουργικών ασφαλών και αποτελεσματικών νανοσυσκευών εναντίον μολυσματικών παραγόντων.
Πώς μπορούμε, όμως, να δημιουργήσουμε τέτοιες νανοσυσκευές και πώς θα επιλέξουμε τους «βιολογικούς φρουρούς» της υγείας μας που θα τοποθετήσουμε στην επιφάνεια αυτών των νανοσυκευών; Η Βιολογία, η Μοριακή Γενετική και Βιοτεχνολογία διαχρονικά μας έχουν προμηθεύσει με γνώσεις που μπορούμε να τις χρησιμοποιήσουμε. Το άρθρο αναφέρει ότι οι ιοί έχουν στην επιφάνειά τους γλυκοπρωτεΐνες για να συνδέονται με τα κύτταρα-ξενιστές του ανθρώπου. Νανοσυσκευές οι οποίες θα μιμούνται (δηλαδή, βιο-μιμητικές νανοσυσκευές) τα σημεία σύνδεσης του ιού με τα κύτταρα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ώστε ο ιός, όταν προσπαθήσει να συνδεθεί με τα κύτταρα-στόχους, να μη βρίσκει ελεύθερες περιοχές σύνδεσης, ώστε να μολύνει τον ανθρώπινο οργανισμό.
Έτσι, νανοσυσκευές που ονομάζονται «nanosponges» μελετώνται για την αποτελεσματικότητά τους, αναπτύσσονται και αξιολογούνται, με σκοπό την παραγωγή νανοσυσκευών που θα μιμούνται τη συμπεριφορά βιολογικών μεμβρανών. Το άρθρο αναφέρει ότι η απομόνωση μεμβρανών από μακροφάγα κύτταρα και ερυθροκύτταρα και η διάσπαση αυτών των μεμβρανών σε μικρά σωματίδια και στη συνέχεια η ενσωμάτωση τους σε nanosponges, με σύσταση από πολυμερές, δημιουργεί καινοτόμες νανοσυσκευές, οι οποίες στην επιφάνειά τους φέρουν τους «βιολογικούς φρουρούς», δηλαδή πρωτεΐνες οι οποίες υπάρχουν στις μεμβράνες των μακροφάγων και των ερυθροκυττάρων. Έτσι, συνδέονται με τους μολυσματικούς ιούς, τους εξουδετερώνουν και δεν επιτρέπουν τη μόλυνση του ανθρώπινου οργανισμού, μιμούμενες τη συμπεριφορά των μακροφάγων κυττάρων μας. Εταιρείες βιοτεχνολογίας αλλά και φαρμακευτικές βιομηχανίες στις ΗΠΑ, όπως το άρθρο αναφέρει, χρησιμοποιούν τις μεμβράνες των μακροφάγων κυττάρων για να αναπτύξουν nanosponges με αντιιικές ιδιότητες. Στο άρθρο, επίσης, αναφέρεται ότι το περασμένο έτος βρέθηκε πως η τεχνολογία των nanosponges, με επικάλυψη με μεμβράνες που προέρχονται από ανθρώπινα επιθηλιακά κύτταρα τύπου ΙΙ του πνεύμονα ή από μεμβράνες μακροφάγων, εμποδίζουν τη μόλυνση κυττάρων από τον ιό SARS-CoV-2, σε in vitro πειράματα. Ο σχεδιασμός των nanosponges σχετίζεται επίσης με το ένζυμο ACE2 και με την πρωτεΐνη CD147, μέσω των οποίων ο ιός SARS-CoV-2 συνδέεται και προκαλεί τη μόλυνση. Οι προκλινικές μελέτες αφορούν στον ιό που προκαλεί τον δάγκειο πυρετό, στον SARS-CoV 2 καθώς και σε άλλους ιούς.
Εταιρεία Βιοτεχνολογίας στην Αυστραλία αναπτύσσει πολυμερή της κατηγορίας των δενδριμερών, τα οποία είναι πολυκλαδισμένα πολυμερή 4ης γενεάς, που χαρακτηρίζονται με τον κωδικό SPL 7013 και τα οποία χρησιμοποιούνται ήδη ως ιατροτεχνολογικά προϊόντα και ως νανοσυσκευές προστασίας από σεξουαλικώς μεταδιδόμενους μολυσματικούς παράγοντες. Οι υπεύθυνοι της αυστραλιανής εταιρείας Βιοτεχνολογίας αναφέρουν ότι εργάζονται πάνω σε αυτήν την κατεύθυνση ώστε η τεχνολογία των δενδριμερών -που είναι πολυμερικά νανοσωματίδια- να χρησιμοποιηθεί ως θεραπευτικό ή και προφυλακτικό μέσο σε μελλοντικές πανδημίες. Το μέγεθος της κατηγορίας αυτών των νανοσυσκευών είναι 4-5 nm (1 nm = 1 δισεκατομμυριοστό του μέτρου), δεκάδες φορές μικρότερα από τα λιπιδικά νανοσωματίδια και με μεγαλύτερη επαναληψιμότητα στην παραγωγή τους, μιας και είναι συνθετικά προϊόντα νανοτεχνολογίας. Οι μελέτες βρίσκονται σε προκλινικό στάδιο για τον ιό HIV, αυτόν του έρπητα και τον SARS-CoV-2, ενώ προϊόντα της εταιρείας με βάση τη νανοτεχνολογία βρίσκονται ήδη στην αγορά.
Επίσης, στο άρθρο αναφέρονται νανοσωματίδια πυριτίου τα οποία μπορούν και εγκλωβίζουν ιούς συνδεόμενα με αυτούς μέσω ‘ακίδων’ μεγέθους 5-10 nm τις οποίες φέρουν στην επιφάνεια τους και οι οποίες αναγνωρίζουν τα σημεία σύνδεσης με την επιφάνεια των ιών. Με αυτό τον τρόπο συνδέονται μαζί τους μέσω των γλυκοπρωτεϊνών που υπάρχουν στην επιφάνεια τους και δεν επιτρέπουν την μόλυνση των ανθρώπινων κυττάρων. Έτσι αναπτύσσονται οι λεγόμενες «βιομιμητικές» νανοσυσκευές με «ακίδες» που αποτελούνται από σάκχαρα με σιαλικό οξύ, αυξάνεται η συνδεσιμότητα τους με τον ιό και έτσι τον καταστρέφουν. Πειράματα in vitro εναντίον του ιού της γρίπης έδειξαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα και οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα έχουν θετικά αποτελέσματα και εναντίον τοι ιού SARS-CoV-2. Η ερευνητική αυτή δραστηριότητα χρηματοδοτείτε μαζί με άλλα ερευνητικά προγράμματα με συνολικό προϋπολογισμό 1.8 εκατομμύρια ευρώ.
Ερευνητικές προσπάθειες και προκλινικές μελέτες βρίσκονται σε εξέλιξη, όπως το άρθρο αναφέρει για την ανάπτυξη αστεροειδών νανοδομών, οι οποίες έχουν αναπτυχθεί σε επίπεδο νανοδιαστάσεων στις ΗΠΑ και οι οποίες μπορούν να συνδέονται σε περιοχές της επιφάνειας του ιού που προκαλεί τον δάγκειο πυρετό, ενώ μελετώνται και εναντίον του ιού SARS-CoV-2.
Άλλες ερευνητικές ομάδες στηριζόμενες επίσης στην λογική της παρασκευής αστεροειδών νανοσωματιδίων, δημιούργησαν «φακέλους ή κελύφη» τα οποία μπορούν και εγκλωβίζουν τους ιούς πριν προλάβουν να μολύνουν τα ανθρώπινα κύτταρα. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι τα λεγόμενο νανοκελύφη (nanoshells) μπορούν να μειώσουν το ιικό φορτίο μετά την μόλυνση καταστρέφοντας τον ιό μετά τον εγκλωβισμό του σε αυτά τα νανοκελύφη. Οι διαστάσεις των νανοκελυφών είναι 90-300 nm. Η ερευνητική αυτή μελέτη (ViroFight) συμμετέχει σε συνολική χρηματοδότηση της τάξεως των 9,9 εκατομμυρίων ευρώ η οποία ξεκίνησε από τον Ιούνιο του 2020 και η χρηματοδότηση προέρχεται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή με στόχο την ανάπτυξη νανοκελυφών για το εγκλωβισμό και κατά συνέπεια την εξάλειψη της μολυσματικής δράσης του ιού SARS-CoV-2.
Η εφαρμογή νανοδομών τύπου μικκυλίων επίσης αποτελεί ερευνητική προσπάθεια η οποία αναφέρεται στο άρθρο και οι ερευνητές στις ΗΠΑ (Seldon Connecticut) εργάζονται με σκοπό την ανάπτυξη καινοτόμων νανοδομών που θα επιτυγχάνουν την διάλυση του ιικού καψιδίου και της καταστροφής του ιού. Τα νανομικκύλια λειτουργούν ως «καθαριστικά’ λόγω των επιφανειοδραστικών τους ιδιοτήτων διαλύοντας την φωσφολιπιδική μεμβράνη του ιού την οποία αναγνωρίζουν λόγω των ‘αισθητήρων’ που έχουν στην επιφάνεια τους και οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία των πεπτιδίων. Οι ‘αισθητήρες’ αυτοί συνδέονται με τις γλυκοπρωτεΐνες του SARS-CoV-2, με αποτέλεσμα ο ιός να καταστρέφεται. Οι ερευνητές δημοσίευσαν επίσης τον Μάρτιο του 2021 in vivo μελέτες χρησιμοποιώντας δυο νανομικκυλιακές δομές εναντίον του ιού SARS-CoV-2, με πολύ θετικά αποτελέσματα. Μια από τις δυο νανομικκυλιακές δομές είχε εγκλωβίσει και το αντιιικό φάρμακο remdesivir. Η εταιρεία η οποία αναπτύσσει τα νανομικκύλια ως αντιιικά επιφανειοδραστικά προϊόντα, προτίθεται με βάση τις ανακοινώσεις της, να προχωρήσει σε κλινικές μελέτες.
Αντιιικά πεπτίδια, επίσης χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη νέων αντιιικών φαρμάκων με μηχανισμό δημιουργίας οπών στην μεμβράνη του ιού με αποτέλεσμα την καταστροφή του, πριν μολύνει τα ανθρώπινα κύτταρα. Τα αποτελέσματα της νανοτεχνολογικής πλατφόρμας με πεπτίδια τύπου ‘μοριακού τρυπανιού’, έχει δείξει θετικά αποτελέσματα εναντίον του ιού Ζήκα (Zika virus), σε in vivo πειράματα.
Φαίνεται ότι όλες αυτές οι τεχνολογίες είναι αρκετά πρώιμες αλλά πολλά υποσχόμενες και στο άμεσο μέλλον θα οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων και καινοτόμων νανοτεχνολογικών φαρμάκων εναντίον μελλοντικών πανδημιών. Σημαντικό είναι, με βάση το άρθρο , ότι δεν πρέπει να απορρίπτουμε σήμερα καμμιά ερευνητική προσπάθεια η οποία μπορεί να βοηθήσει στην εξάλειψη της πανδημίας αλλά και διότι ο ιός SARS-CoV-2 αλλά και οι μεταλλάξεις του, εξελίσσονται συνεχώς.
Το άρθρο καταλήγει σε ενδιαφέροντα συμπεράσματα που αφορούν στην θεραπευτική χρήση καινοτόμων αντιιικών φαρμάκων νανοτεχνολογίας στο άμεσο μέλλον και πολλοί πιστεύουν ότι σύντομα θα ξεκινήσουν κλινικές μελέτες σε νανοτεχνολογικές συσκευές «κάθαρσης» του οργανισμού από μολυσματικούς παράγοντες.
Εκτός των επιστημονικών επιτευγμάτων θα πρέπει να αναφερθεί ότι οι προοπτικές ισχυρών χρηματοδοτήσεων είναι σημαντικές και οι χρηματοδοτήσεις αυτές θα χρησιμοποιηθούν στην έρευνα για την πιθανή αποτροπή των καταστροφικών συνεπειών μιας νέας πανδημίας. Επίσης η έρευνα για την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προϊόντων με βάση την νανοτεχνολογία, φαίνεται ότι αποτελεί προτεραιότητα, όχι μόνο για αντιιικές θεραπείες, αλλά και για τον καρκίνο, τα νευροεκφυλιστικά νοσήματα και άλλες σοβαρές νόσους.
