En un estudio reciente publicado en Materiales de la naturalezalos investigadores desarrollaron la inhalación de hidrogel esférico para la defensa pulmonar mejorada (SHIELD) para proteger contra las infecciones por coronavirus 2 (SARS-CoV-2) del síndrome respiratorio agudo severo.
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La continua aparición de variantes de SARS-CoV-2 altamente transmisibles ha amenazado la eficacia de vacunas contra la enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19) y agentes terapéuticos como medicamentos antivirales y anticuerpos monoclonales, lo que justifica el desarrollo de nuevas terapias. La mucosa de las vías respiratorias proporciona un nivel inicial de protección contra el SARS-CoV-2 al atrapar y eliminar organismos patógenos y partículas extrañas. El aclaramiento mucociliar deteriorado podría promover la transmisión del SARS-CoV-2; por lo tanto, las moléculas de polímero bioadhesivo de la mucosa pueden ampliar el panorama terapéutico de COVID-19.
Sobre el estudio
En el presente estudio, los investigadores utilizaron el enfoque SHIELD para la protección contra el SARS-CoV-2.
Las interacciones partícula-mucosa de SHIELD mejoran la difusión de partículas y reducen la penetración del SARS-CoV-2. La inhalación de partículas va seguida de hinchazón y adhesión. Las partículas fueron preparadas por el método de emulsión de agua en aceite y comprendían éster de N-hidroxisuccinimida (éster de PAAc-NHS), reticulado con gelatina, con propiedades mecánicas y mucoadhesivas robustas.
Microscopía electrónica de barrido (SEM), inmunohistoquímica (IHC), en vivo sistema de imágenes (IVIS) y se realizaron análisis de microscopía confocal para evaluar la dinámica de hinchazón y los cambios de volumen. Las partículas se rastrearon marcándolas con colorante Cyanine7 y se evaluó la estabilidad de las partículas. Además, se realizó un análisis de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Se obtuvo mucosidad del estómago de animales porcinos para investigar si se podía reforzar la protección de la barrera mucosa mediante el método SHIELD.
Usando modelos tridimensionales de las vías respiratorias, las interacciones partícula-mucina se evaluaron más a fondo mediante tinción con aglutinina de germen de trigo. Se generaron perlas de poliestireno, de tamaño similar al SARS-CoV-2, utilizando un nebulizador y se usaron para simular la penetración del SARS-CoV-2 en la mucosa.
La protección conferida por SHIELD se probó en ratones desafiados con pseudovirus SARS-CoV-2, que comprenden mutaciones D614G, N501Y, K417N y E484K, después de cuatro horas, ocho horas y 24 horas de inhalación de 3,0 mg/kg de SHIELD. Además, la protección inducida por SHIELD se evaluó contra el virus de la gripe H1N1 y el virus de la neumonía del ratón en ratones y el escenario posterior a la infección por SARS-CoV-2.
La biocompatibilidad de SHIELD se evaluó en experimentos de cultivo celular. Para determinar el efecto de SHIELD en las funciones de eliminación mucociliar, los animales murinos recibieron terapia SHIELD aguda (dos horas) oa largo plazo (inhalación regular durante 14 días). El estudio piloto se realizó con primates no humanos desafiados con la cepa ancestral SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1 y la variante SARS-CoV-2 Delta. Se obtuvieron hisopos nasales y muestras de lavado broncoalveolar los días 1,0, 2,0, 4,0 y 7,0.
Se realizaron ensayos inmunoabsorbentes ligados a enzimas (ELISA) para medir los niveles de inmunoglobulina A secretora (sIgA) en el líquido de lavado broncoalveolar (BAL). La carga viral se determinó mediante PCR de transcripción inversa (RE-PCR) específica para el ácido ribonucleico subgenómico (sgRNA). Los niveles de ARN del SARS-CoV-2 pulmonar se determinaron mediante en el lugar Hibridación de ácido ribonucleico.
Resultados
Las partículas de inhalación de SHIELD se administraron como un inhalador de polvo seco (tamaño de polvo <5,0 μm, diámetro de partícula de 0,5 a 5,0 μm), y la densa estructura reticulada de hidrogel formada por las partículas después de la hinchazón hidratada, bronquios y bronquiolos recubiertos, difusión mejorada de partículas y penetración limitada del SARS-CoV-2. La terapia SHIELD protegió a los ratones desafiados con pseudovirus SARS-CoV-2 que comprenden proteínas de pico (S) mutadas.
De sorprendente interés, entre los monos verdes africanos, la protección de una inhalación de SHIELD duró ≤8,0 horas contra la cepa Wuhan-Hu-1 y la variante Delta. SHIELD, que comprende sustancias de calidad alimentaria, no alteró la función respiratoria. El diámetro de las partículas favoreció el depósito de partículas en los tejidos pulmonares profundos. Después del hinchamiento, el volumen de partículas aumentó 10 veces en 10,0 minutos y se observó un hinchamiento idéntico en las muestras de BAL. La fluorescencia de las partículas fue estable durante un máximo de 3,0 días.
El hallazgo indicó que la mucoadhesión se producía al contacto de las partículas con las superficies mucosas húmedas. El hinchamiento de las partículas comenzó al inicio de la mucoadhesión, facilitado por las moléculas de ácido carboxílico aniónico del éster de N-hidroxisuccinimida. Los grupos éster podrían adherirse a las superficies al acoplarse con las aminas primarias de la mucosa. Las partículas de SHIELD aumentaron el módulo de elasticidad y la viscosidad de la mucosa y redujeron el movimiento browniano de las perlas de poliestireno.
SHIELD protegió a los ratones contra el virus de la gripe H1N1 y el virus de la neumonía en ratones; sin embargo, la eficacia de SHIELD en el escenario posterior a la infección por SARS-CoV-2 fue mínima. Se observó una viabilidad celular del 95 % incluso a concentraciones de 10,0 mg ml–1). Los tejidos traqueales y bronquiales obtenidos de ratones mostraron una morfología regular, lo que indica la seguridad de SHIELD.
Las partículas de SHIELD tuvieron un impacto mínimo en la eliminación mucociliar en los pulmones y formaron enlaces cruzados a corto plazo con el moco, lo que indujo una modificación transitoria de la mucosa. SHIELD no afectó los niveles de inmunidad de las mucosas. Los animales tratados con SHIELD mostraron una carga viral de 50,0 a 300,0 veces menor que los controles y estaban protegidos contra Wuhan-Hu-1 y Delta. SHIELD redujo la fibrosis pulmonar, los niveles de proteína de la nucleocápside (N) del SARS-CoV-2, la replicación del SARS-CoV-2 y la infección por el SARS-CoV-2, con una disminución del grupo de diferenciación 206+ recuentos de macrófagos de una manera no tóxica .
Conclusión
En general, los hallazgos del estudio mostraron que el enfoque SHIELD podría proteger de manera efectiva y segura contra patógenos respiratorios como el SARS-CoV-2, sin alterar la función pulmonar, al mejorar las propiedades de difusión de la mucosa para proteger físicamente contra COVID-19.
El enfoque es fácil de usar y adecuado para la administración regular utilizando dispositivos de inhalación rentables. SHIELD podría considerarse un complemento de las máscaras faciales, puede proteger en momentos en que no se usan máscaras (por ejemplo, mientras se bebe o se come) y podría ser muy beneficioso para los niños que muestran dudas sobre el uso de máscaras.
