راهکارهای جدید نانوتکنولوژی برای مبارزه با دنیاگیری‌ها
در پی دنیاگیری کووید ۱۹ تمرکز و سرمایه‌گذاری روی نانومواد ضدویروسی به‌عنوان ابزارهای مقابله با کووید ۱۹ و دنیاگیری‌های احتمالی دیگر افزایش یافته است.
درمقایسه‌با مولکول‌های سنتی کوچک یا آنتی‌بادی‌هایی که مانع از تکثیر ویروس یا ورود ویروس به سلول می‌شوند، نانوتکنولوژی (فناوری نانو یا نانوفناوری) راهکارهایی را در اختیار سازندگان دارو قرار می‌دهد که ممکن است مکمل اقدامات ضدویروسی رایج باشند. این راهکارها شامل متصل‌شونده‌های ویروس، فریبگرهای غشای سلولی یا بازدارنده‌های پوشش ویروسی هستند. پژوهشگران امیدوار هستند به کمک سیل منابع مالی که به خاطر دنیاگیری کووید ۱۹ به سمت این نوع پژوهش‌ها روانه شده است، این مواد بتوانند به‌زودی در کارآزمایی‌های بالینی آزمایش شوند.
نانومواد نقش کلیدی در مبارزه با SARS-CoV-2 داشته‌اند. واکسن‌های فایزر/بیوان‌تک و مدرنا هر دو برای رساندن mRNA به سلول‌ها متکی بر نانوذرات لیپیدی هستند. نانوذرات همچنین به‌عنوان ابزارهایی برای حمل داروهای ضدویروسی کوچک امیدبخش بوده‌اند.
فوریت دنیاگیری کووید ۱۹ موجب جلب‌توجه پژوهشگران به نانوموادِ درمانی شده است که به‌جای اینکه فقط به‌عنوان وسیله‌ی حمل‌و‌نقل داروها یا واکسن‌ها عمل کنند، خودشان می‌توانند ویروس را مهار کنند. جاشوا جکمن از دانشگاه سونگ کیون کوان کره جنوبی میگوید: «بسیاری از این نانومواد با این هدف در حال ساخت هستند که مستقیما با ذرات ویروس درگیر شوند.»
برخلاف درمان‌های سنتی که معمولا گونه خاصی از ویروس را مورد هدف قرار می‌دهند و ممکن است با تجمع جهش در ویروس کارآیی خود را از دست بدهند، نانومواد ضدویروسی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی را مورد هدف قرار می‌دهند که در بین ویروس‌های مختلف مشترک است.
چندین مطالعه اخیرا استراتژی‌های ضدویروسی مختلفی را توصیف کرده‌اند. برخی از استراتژی‌های مذکور برای به دام انداختن ویروس‌ها بر نانوساختارهای مبتنی بر DNA متکی هستند و برخی دیگر از پلیمرهای اصلاح‌شده‌ای استفاده می‌کنند که به‌عنوان فریبگرهای غشای سلول عمل می‌کنند. برخی نیز برای جلوگیری از ایجاد عفونت، غشای ویروسی را می‌شکنند.
برخی از انواع نانومواد ممکن است مزیت‌هایی درزمینه مقابله با دنیاگیری داشته باشند، زیرا به‌طور بالقوه می‌توانند سریعا فرموله شده و دربرابر خانواده‌های ویروسی مختلف اثر داشته باشند. البته بسیاری از این مواد محدود به آزمایشگاه‌های دانشگاهی هستند، اگرچه، چندین شرکت نیز در حال تولید نانومواد ضدویروسی هستند؛ اما ویرانی‌های ناشی از دنیاگیری کووید ۱۹ (و نیاز آشکار برای آماده‌شدن برای دنیاگیری‌های ویروسی آینده) در حال ایجاد فرصت‌های جدیدی است. لیانگ‌فانگ ژانگ، از دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو میگوید:
جریان مالی جدید قطعا از تحقیق و توسعه بیشتر در حوزه نانومواد ضدویروسی حمایت خواهد کرد. کووید ۱۹ واقعا چشم‌انداز را تغییر داده است و متوجه شده‌ایم که برای مقابله با ویروس‌های نوظهور به راه‌حل‌هایی نیاز داریم که از قبل آماده شده باشند.
ازآن‌جا که بسیاری از ویروس‌ها برای اتصال به مولکول‌های روی سلول‌های میزبان به پروتئین‌های متصل به قند (گلیکوپروتئین‌ها) روی سطوح خود متکی هستند، نانوموادی که از این نقاط اتصال سلولی تقلید می‌کنند، به‌طور بالقوه می‌توانند به‌عنوان ضدویروس عمل کنند.
ژانگ در حال ساخت نانواسنفج‌هایی است که از این رویکرد برای مهار ویروس‌ها استفاده می‌کند. گروه ژانگ برای ساخت این نانواسنفج‌ها از سلول‌های انسانی مانند سلول‌های قرمز خون یا نوعی از سلول‌های ایمنی به نام ماکروفاژها استفاده می‌کند.
پس از خارج‌کردن محتویات سلولی به‌طوری‌که فقط غشا باقی بماند، غشا به هزاران کیسه کوچک یا وزیکول شکسته می‌شود که هریک تقریبا ۱۰۰ نانومتر عرض دارد. در ادامه، نانوذرات ساخته‌شده از پلیمرهای زیست‌سازگار و زیست‌تجزیه‌پذیری مانند پلی (لاکتیک کو گلیکولیک اسید) به وزیکول‌ها اضافه می‌شوند. هر نانوذره با غشای سلولی پوشیده می‌شود و ساختار پایداری را تشکیل می‌دهد. ساختار حاصل به‌عنوان فریب‌گری عمل می‌کند که مانند سلول انسانی به‌نظر می‌رسد. نانواسفنج‌ها از نقاط اتصال روی غشاهای خود برای احاطه‌کردن ویروس و جلوگیری از ورود آن به سلول‌های میزبان استفاده می‌کنند.
این نانواسفنج‌ها در شرایط بدن جاندار، دربرابر طیف وسیعی از ویروس‌ها و باکتری‌ها مؤثر هستند و شرکت ژانگ که سلیکس تراپیوتیکس نام دارد، قصد دارد سال آینده کارآزمایی بالینی را با کاندیدای پیشگام خود شروع کند. کاندیدای مذکور نانواسفنجی است که حامل غشای سلول قرمز خون است و دربرابر استافیلوکوک اورئوس مقاوم به متی‌سیلین مؤثر است. سلیکس همچنین در حال استفاده از غشاهای ماکروفاژها برای ساخت نانواسنفج‌های مشابهی با فعالیت ضدویروسی است. ژانگ میگوید: «ویروس‌های مختلفی وجود دارند و هر ویروس دارای گونه‌های متفاوتی است؛ ولی در هر صورت، آن‌ها به‌منظور آلوده‌کردن انسان باید ازطریق گیرنده‌ها با سلول‌های میزبان تعامل برقرار کنند.»
سال گذشته، ژانگ متوجه شد نانواسفنج‌های سلولی که در غشاهای مشتق از سلول‌های پوششی نوع دو ریه انسان یا ماکروفاژهای انسانی محصور بودند، هر دو می‌توانستند SARS-CoV-2 را به دام بیندازند و در محیط آزمایشگاه از عفونت پیشگیری کنند. غشای روی این نانواسنفج‌ها با گیرنده‌های ACE2 و CD147 پوشیده شده است که SARS-CoV-2 در جریان عفونت به آن‌ها متصل می‌شود. تیم ژانگ همچین نتایج منتشرنشده‌ای از مطالعه‌ای روی موش‌ها دارد که نشان‌دهنده کارآیی نانواسفنج آن‌ها دربرابر ویروس کرونا است و شواهدی از سمی‌بودن در آن مشاهده نشده است.
مقاله‌های مرتبط:قهرمان گمنام کووید: داستان ناگفته دانشمندی که دستاورد او ساخت واکسن‌ها را ممکن ساختساخت نانوذراتی که ابزارهای ویرایش ژن را به بافت‌ها و اعضای خاص بدن می‌رسانند
شرکت استرالیایی استارفارما نیز در حال تقلید از سلول‌های میزبان برای مبارزه با ویروس‌ها است. این شرکت پلیمرهای مصنوعی را با ساختار منشعب معروف به درخت‌سان (dendrimer) می‌سازد که هر کدام تقریبا ۳ تا ۴ نانومتر عرض دارد. سطح بیرونی هر درخت‌سان با گروه‌های نفتالین دی‌سولفونات پوشانده شده است که شبیه هپاران سولفات است. هپاران سولفات مولکولی از نوع پروتئوگلیکان است که روی غشای سلولی میزبان یافت می‌شود و بسیاری از ویروس‌ها به آن می‌چسبند.
استارفارما درحال‌حاضر محصولاتی در بازار دارد که از درخت‌سانی به نام SPL7013 به‌عنوان مانع خارجی دربرابر ویروس‌ها و باکتری‌ها استفاده می‌کند. برای مثال، از مولکول SPL7013 در VivaGel استفاده می‌شود که روان‌کننده‌ای در کاندوم‌ها است.
اوایل سال جاری، استارفارما تولید اسپری بینی ضدویروسی وسیع‌الطیفی به نام Viraleze را آغاز کرد که حاوی SPL7013 است و به‌عنوان ابزار پزشکی در اروپا و هند به ثبت رسیده است. اگرچه فروش اسپری مذکور در بریتانیا در ماه ژوئن پس از طرح نگرانی‌هایی درمورد بازاریابی این محصول متوقف شد.
در ماه آگوست، استارفارما خبر از پژوهشی داد که نشان می‌داد Viraleze در موش از عفونت SARS-CoV-2 پیشگیری می‌کند. استفاده از اسپری بینی مذکور قبل و پس از قرار گرفتن درمعرض SARS-CoV-2 بار ویروسی را در خون، ریه‌ها و نای حیوانات بیش از ۹۹ درصد کاهش داد. شرکت میگوید کارآزمایی انجام‌شده برای بررسی ایمنی این دارو، نشان داده است که درخت‌سان موجود در Viraleze در بدن جذب نمی‌شود و موجب عوارض جانبی قابل‌توجهی نمی‌شود.
جکی فایرلی، مدیرعامل استارفارما میگوید درخت‌سان این شرکت می‌تواند در مبارزه با دنیاگیری‌های آینده مفید باشد. او میگوید: «این ماده اولیه پایداری است که می‌تواند سریعا به محصول موردنظر فرموله شود و در طیف گسترده‌ای از ویروس‌ها فعالیت دارد.» در همین حین، شرکت قصد دارد برای تأیید فعالیت Viraleze دربرابر SARS-CoV-2 مطالعات حیوانی بزرگ‌تری انجام دهد.
برخی از نانومواد ضدویروسی با دقت برای به دام انداختن ویروس‌ها طراحی می‌شوند. در آلمان، راینر هاگ، از دانشگاه آزاد برلین نانوذرات را با برجستگی‌هایی به طول ۵ تا ۱۰ نانومتر می‌پوشاند که به‌خوبی بین گلیکوپروتئین‌های سطح ویروس قرار می‌گیرند. برای تقویت اتصال، می‌توان قندهای اسید سیالیک یا ترکیبات ضدویروسی مانند زانامیویر را به این اسپایک‌ها افزود. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده است این ذرات از عفونی‌شدن سلول‌ها به‌وسیله‌ی ویروس آنفلوانزای نوع A ممانعت می‌کنند و تیم امیدوار است نانوذرات دارای اسپایکی را طراحی کند که دارای فعالیت دربرابر SARS-CoV-2 باشد.
داربست‌های DNA به شکل ستاره رویکرد بالقوه دیگری را ارائه می‌دهند. شینگ وانگ از دانشگاه ایلینوی چنین ساختارهایی را ساخته است که حامل آپتامرهای DNA هستند (مولکول‌های تک‌رشته‌ای DNA). ساختارهای مذکور می‌توانند در چندین نقطه روی سطح ویروس تب دنگی به آنتی‌ژن‌ها متصل شوند. حجم فیزیکی DNA ستاره‌شکل و بار منفی آن مانع از اتصال ویروس به سلول‌های میزبان می‌شود و عفونت را مهار می‌کند. این تیم همچنین داده‌های آزمایشگاهی دارد که نشان می‌دهد ستاره‌های DNA ویژه‌ای می‌توانند عفونت SARS-CoV-2 را مهار کنند. هدف وانگ این است که بتواند این نوع DNA ستاره‌ای شکل را ازطریق شرکتی وابسته به دانشگاه تجاری‌سازی کند.
هندریک دیتز از دانشگاه فنی مونیخ نیز شکلی از DNA اوریگامی را دنبال می‌کند. این تیم پوسته‌هایی از DNA را ساخته‌اند که به اندازه کافی بزرگ هستند که بتوانند ویروس کاملی را ببلعند. بخش درونی پوسته‌های این بیست‌وجهی‌های خودساز می‌تواند با متصل‌شونده‌هایی نظیر آنتی‌بادی‌ها پوشانده شوند تا ویروس‌های به دام افتاده را نگه دارند. دیتز میگوید که این نانوپوسته‌ها به‌طور بالقوه می‌توانند بار ویروسی در جریان عفونت‌های حاد را کاهش دهند.
پژوهشگران ساختارهای مثلثی DNA طراحی کرده‌اند که به شکل پوسته‌هایی با اشکال و اندازه‌ی مختلف و با عرض ۹۰ تا ۳۰۰ نانومتر درمی‌آیند. آن‌ها با تغییر دادن توالی DNA درون واحدهای سازنده مثلث، شکاف‌هایی به اندازه ویروس روی پوسته ایجاد می‌کنند. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده است این پوسته‌ها می‌توانند به ویروس‌هایی مانند سروتیپ نوع ۲ ویروس وابسته به آدنوویروس متصل شوند و مانع از آلوده‌شدن سلول‌های انسانی شوند. کریستین سیگل، پژوهشگر آزمایشگاه دیتز میگوید:
مزیت پوسته‌های ما تعداد متصل‌شونده‌ها به ویروس است و همچنین این موضوع که می‌توانیم به‌راحتی متصل‌شونده‌ها را تغییر دهیم، یعنی، پوسته را می‌توان طراحی کرد تا به هر ویروسی که موردنظر است، متصل شود.
برخی از نانومواد کاری فراتر از اتصال ساده به ویروس را انجام می‌دهند. آن‌ها غشای ویروسی را با اختلال مواجه می‌کنند تا از عفونت پیشگیری کنند.
ژنوم‌های ویروسی توسط کپسید مبتنی بر پروتئین محصور شده‌اند؛ اما در بسیاری از موارد ازجمله درمورد SARS-CoV-2 این کپسید بوسیله‌ی غشای دولایه فسفولیپید پوشانده شده است که برای اینکه ویروس با غشاهای سلولی آمیخته شود، ضروری است. برخلاف غشاهای باکتریایی، پوشش ویروسی همان‌طور که ذرات ویروس جدید سلول‌های عفونی را ترک می‌کنند، با استفاده از غشای سلولی میزبان ایجاد می‌شود. جکمن میگوید: «این پوشش برای عفونت و حفظ انسجام ویروس حیاتی است؛ ولی همه‌ی پژوهشگران به این موضوع توجه نمی‌کنند که غشای لیپیدی داروپذیر است (می‌تواند مورد هدف داروها قرار گیرد).»
شرکت نانوویریسیدز (NanoViricides) در آمریکا می‌خواهد با استفاده از سورفاکتانت‌های پلیمری محلول که میسل‌های کروی را تشکیل می‌دهند، غشای ویروسی را دچار اختلال کند. (سورفکتانت‌ها یا مواد فعال سطحی موادی هستند که وقتی به مقدار بسیار اندک استفاده می‌شوند، کشش سطحی آب را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهند). این ساختارها با مولکول‌هایی نظیر پپتیدها مزین شده‌اند که به گلیکوپروتئین‌های ویروسی متصل می‌شوند. میسل‌ها که مجموعه‌های کروی مشابه با روغن موجود در امولسیون‌های آب هستند، با غشای ویروسی می‌آمیزند و به آن آسیب می‌زنند به‌طوری‌که دیگر نمی‌تواند سلول میزبان را آلوده کند. (امولسیون مخلوطی از دو یا چند مایع است که در یکدیگر حل نمی‌شوند).
شرکت نانوویریسیدز در حال آماده‌شدن برای کارآزمایی بالینی نانوویریسید موضعی برای درمان زونا بود؛ اما سال گذشته روی کووید ۱۹ تمرکز کرد. این شرکت، در ماه مارس، نتایج مثبت مطالعات درون‌تنی از دو نانوویریسید علیه SARS-CoV-2 را منتشر کرد. علاوه‌بر مکانیسم معمول ایجاد اختلال در غشای ویروسی، یکی از نانوویریسیدها در هسته خود حاوی مولکول ضدویروسی رمدسیویر بود. هر دو نانوویریسید، درمقایسه‌با درمان رمدسیویر به‌تنهایی، میزان ماندگاری را در موش‌های صحرایی دچار عفونت‌های ریوی کشنده ویروس کرونا افزایش دادند. اگرچه مطالعات هنوز مورد بازبینی قرار نگرفته است، شرکت میگوید در حال آماده‌شدن برای آزمایش دو نانوویریسید در کارآزمایی‌های بالینی است.
جکمن همچنین در حال ساخت پپتیدهای ضدویروسی است که در غشای ویروسی رخنه می‌کنند و در آن حفره‌هایی ایجاد می‌کنند. جکمن که از این استراتژی باموفقیت برای درمان عفونت کشنده ویروس زیکا در موش استفاده کرده است، میگوید: «وقتی تعداد زیادی حفره در غشا ایجاد شود، غشا به چیزی مانند پنیر سوئیسی تبدیل شده و فرو می‌ریزد.»
درحال‌حاضر، روزهای اولیه این فناوری‌ها است؛ ولی به‌گفته‌ی پژوهشگران در مسیر پیشرفت و رشد قرار دارند. جکمن می‌افزاید شرکت‌های داروسازی و بیوتکنولوژی به‌طورکلی رویکرد محتاطانه‌ای درزمینه‌ی نانومواد درمانی در پیش می‌گیرند. برای مثال، هنوز نگرانی‌هایی درمورد تجمع زیستی نانوذرات و عوارض جانبی احتمالی بلندمدت آن‌ها وجود دارد؛ ولی پیشرفت اخیر درزمینه‌ی نانوذرات لیپیدی در واکسن‌های mRNA نشان می‌دهد که نانومواد می‌توانند در مبارزه با ویروس‌ها مفید باشند و این دستاورد ممکن است اعتماد به آن‌ها را افزایش دهد.
مانع دیگر آن است که بسیاری از مطالعات درون‌تنی روی این مواد از پروتکل‌های متنوعی استفاده کرده‌اند که مقایسه‌ی آن‌ها را دشوار می‌سازد. جکمن پیشنهاد می‌کند که برای کمک به رسیدن نانومواد به کارآزمایی‌های بالینی، پژوهشگران باید مدل‌های حیوانی استاندارد و معیارهای عملکرد مشترک را مشخص کنند و روی ارزیابی نانومواد ضدویروسی در حیواناتی تمرکز کنند که ابتدا به ویروس آلوده شده‌اند.