Citeste și
Rezultatele studiului științific efectuat în acest sens a fost publicat în revista Cell Discovery . Cercetătorii au studiat efectul antiviral al substanțelor organice extrase din algele de mare - trei variante de heparină și două tipuri de fucoidan.
Seria de analize făcute de experții din Statele Unite, Coreea de Sud și China a evidențiat faptul că heparina poate bloca SARS-CoV-2 mult mai eficient decât multe alte preparate antivirale, inclusiv Remdesivir.
”În prezent, se consideră că infecția covid-19 începe în nas și oricare dintre aceste substanțe poate deveni bază pentru crearea unui spray nazal antiviral. Ar fi o metodă de vinderea a infecției în fazele ei de început sau chiar pentru prevenirea ei”, a declarat profesorul american Robert Linhardt, de la Rensselaer Polytechnic Institute,
COVID-19, cauzat de virusul SARS-CoV-2, s-a răspândit acum în întreaga lume cu impacturi catastrofale asupra omului și economiei și în prezent a infectat peste 10 milioane de oameni și a ucis peste 500.000 1 . Într-un efort de a atenua simptomele bolii și de a împiedica răspândirea virală, eforturile de dezvoltare a vaccinurilor și de descoperire a medicamentelor se desfășoară într-un ritm rapid 2 . Recent, am arătat că binecunoscuta heparină anticoagulantă are o afinitate excepțională de legare la proteina spike (proteina S) a SARS-CoV-2 3 . Proteina S a SARS-CoV-2 se leagă mai strâns de heparina imobilizată ( K D = ~ 10 −11 M) decât proteinele S ale oricărui SARS-CoV ( K D = ~ 10 −7 M) sau MERS-CoV ( K D = ~ 10 -9 M). Cu toate acestea, nu se știe dacă legarea strânsă a heparinei de proteina S SARS-CoV-2 se traduce prin activitate antivirală puternică. În studiul actual, am evaluat proprietățile antivirale in vitro ale heparinei și ale altor polizaharide strâns legate pentru a evalua relevanța GAG-urilor legate de heparină și a altor polizaharide sulfatate ca parte a farmacopeei potențialelor terapeutice care vizează SARS-CoV-2. Vero-CCL81, care exprimă atât ACE2 și TMPRSS2 4 , au fost utilizate pentru replicarea virală la titru mare de 5 pentru utilizare în testele antivirale.
Vezi și
o rezonanță de suprafață a plasmonului (SPR) experimente au fost folosite pentru polizaharide ecran care imobilizati de legare a heparinei din competiție pentru SARS-CoV-2 S-proteină. Datele sunt prezentate ca media ± sd, n = 3 probe biologic independente. A fost efectuat un t- test pe două fețe pentru a testa semnificația față de control ( P1 <0,0001, P2 = 0,0003, P3 = 0,0016, P4 = 0,0041). b Unități structurale cuprinzând polizaharide utilizate pentru studii antivirale in vitro. cImaginile testului de reducere a focalizării infecției cu virus pe tratamentul polizaharidelor indicate. La 48 de ore după infecție, celulele Vero au fost fixate și testate cu anticorp primar SARS-CoV-2 (1: 10000, Sino Bio Inc.) și iepure de capră conjugat HRP (1: 10000, Abcam) anticorp secundar. d Celulele Vero au fost infectate cu SARS-CoV-2 la un MOI de 2,5 × 10-3 la doze diferite din fiecare polizaharidă timp de 48h. Randamentul viral a fost cuantificat utilizând un test de reducere a focalizării. Citotoxicitatea în celulele Vero a fost măsurată utilizând un test WST-1. Axa y stângă și dreaptă a graficelor reprezintă% mediu de inhibare a randamentului virusului și, respectiv, citotoxicitatea polizaharidelor. Experimentele de citotoxicitate au fost efectuate în duplicat cu n= 3 probe biologic independente. Experimentele de testare a reducerii focalizării au fost efectuate în medie ± sd (măsurători cvadruplicate) cu n = 3 probe biologic independente. e Interfața de legare RBD-ACE2 este stabilizată de o rețea extinsă de legare a hidrogenului care implică lanțuri laterale de mai multe reziduuri atât pe RBD, cât și pe ACE2. Lanțurile laterale polare ale N487, Y489, Q493, Q498 și Y505 pe proteina spike RBD împreună cu alte reziduuri s-ar putea lega de heparină și inhiba interacțiunea RBD-ACE2. Heparina (aici o octaharidă) formează o rețea de legătură de hidrogen cu N448, N450, Q493 și N501 care ajută la ocuparea acestor regiuni de legare și restricționează steric accesul la Q498, Y489 și Y505 necesare pentru legarea receptorilor ACE2.
Testele standard au fost efectuate pentru a cuantifica citotoxicitatea potențială și activitatea antivirală. Determinarea citotoxicității polizaharidelor a fost efectuată utilizând celule Vero și testul standard de sare de tetrazoliu solubil în apă-1 (WST-1) (Takara Bio Inc., Japonia). Niciuna dintre polizaharidele testate nu a prezentat toxicitate chiar și la cele mai mari concentrații testate. Celulele Vero au fost infectate cu SARS-CoV-2 la o multiplicitate de infecție (MOI) de 2,5 × 10-3 cu doze variate de polizaharidă pentru a confirma activitatea antivirală. Un test de reducere a focalizării a fost efectuat la 48 de ore după infecție pentru a determina eficacitatea. Activitățile antivirale s-au corelat cu rezultatele SPR. Cel mai puternic compus testat, RPI-27, este o polizaharidă ramificată cu greutate moleculară mare legată de compusul cunoscut fucoidan și avea un EC 50de 8,3 ± 4,6 μg / mL, care corespunde la ~ 83 nM (Fig. 1c, d și Tabelul suplimentar S1 ). Acest lucru este substanțial mai puternic decât remdesivirul având o valoare EC 50 in vitro raportată de 770 nM în celulele Vero-E6 9 și 11,4 µM în celulele Vero-CCL81 10 , aprobate în prezent pentru utilizare de urgență pentru infecții severe cu COVID-19. RPI-28 mai mic are aceeași structură de bază ca RPI-27, dar o greutate moleculară mai mică și, prin urmare, o activitate mai mică (EC 50 = 1,2 μM, tabelul suplimentar S1 ). Heparina și TriS-heparina (un intermediar în calea 3 de sinteză a heparinei bioinginerate ) au, de asemenea, o activitate antivirală puternică cu EC 50valori de ~ 2,1 și 5,0 μM, în timp ce greutatea moleculară mai mică NACH a avut o aprox. EC 50 de 55 μM. Activitatea antivirală similară a heparinei a fost, de asemenea, demonstrată recent 11 . Heparina și TriS-heparina sunt similare, cu cea din urmă lipsită de o fracțiune relativ mică a grupărilor 3- O- sulfat prezente pe heparină (Fig. 1b ). Astfel, se așteaptă activitatea lor similară. Cu toate acestea, greutatea moleculară mică NACH a avut o activitate antivirală mult mai mică. GAG-urile mai puțin sulfatate, cum ar fi sulfatul de heparan și diferiți sulfați de condroitină, din cauza legării lor foarte scăzute de proteinele S nu au fost testate în testul antiviral.
Activitatea ridicată a RPI-27 și RPI-28 în raport cu celelalte polizaharide testate poate fi rezultatul interacțiunilor multivalente dintre polizaharidă și particula virală 12 . În timp ce heparina, TriS-heparina și NACH sunt polizaharide liniare, RPI-27 și RPI-28 sunt ambele foarte ramificate (Fig. 1b ), conferind eventual puncte de interacțiune adăugate în spațiul tridimensional. Afinitatea mai mare a RPI-27 în comparație cu RPI-28 și, prin urmare, activitatea sa antivirală mai puternică, se poate datora greutății moleculare mult mai mari a primului, oferind o oportunitate mai mare de legare multipunct la proteina S a SARS-CoV-2. . TriS-heparina non-anticoagulantă poate fi mai de dorit în unele aplicații decât heparina anticoagulantă puternică.
Rezultatele noastre arată că polizaharidele sulfatate specifice se leagă strâns de proteina S a SARS-CoV-2 in vitro, ceea ce sugerează că pot acționa ca momeli pentru a interfera cu legarea proteinei S la co-receptorul sulfatului de heparan din țesuturile gazdă 3 , 11 , inhibând infecția virală. Pentru a modela acest lucru, am construit un model de andocare între heparină și situsul de legare a receptorului proteinei S (RBD) utilizând structura cristalină a complexului himeric RBD-ACE2 (PDB ID: 6VW1) 13 (Fig. 1eși modelul de andocare detaliat descris în informații suplimentare). Resturile de aminoacizi ale RBD implicate în legarea receptorului ACE2 (enzima de conversie a angiotensinei 2) au participat, de asemenea, la legarea heparinei, sugerând un mecanism de inhibare a intrării virale de către heparină. Mai mult, cu cât modelul oligozaharidic utilizat în studiile de andocare este mai mare, cu atât legarea este mai strânsă. Mai exact, octazaharida se leagă mai strâns decât tetrazaharida (–7,3 față de –6,1 kcal / mol).
Deoarece aceste polizaharide prezintă activitate antivirală promițătoare in vitro și citotoxicitate scăzută, sugerăm că acestea pot avea o utilizare clinică promițătoare. În această direcție, s-a constatat că SARS-CoV-2 infectează o gamă largă de țesuturi care posedă niveluri suficiente de ACE2 14 , inclusiv nasul și tractul gastro-intestinal 15 . Căile potențiale de livrare a acestor candidați polizaharidici non-anticoagulanți, inclusiv fucoidanii (RPI-27 și RPI-28) și TriS-heparina, ar putea fi printr-un spray nazal, inhalator cu doză măsurată sau livrare orală. Acest lucru este distinct de remdesivir, care trebuie administrat intravenos 16. Într-adevăr, atunci când sunt luați pe cale orală, fucoidanii, izolați din polizaharide comestibile cu alge marine sulfate, sunt considerați „recunoscuți în general ca fiind siguri”, iar heparina, un medicament aprobat, nu este biodisponibilă pe cale orală. Interesant este faptul că un studiu clinic retrospectiv sugerează că administrarea de anticoagulante, cum ar fi heparina, poate oferi rezultate mai bune pentru pacienții spitalizați cu COVID-19, inclusiv o reducere dramatică a mortalității pacienților intubați 17 . Nu se știe dacă acesta este rezultatul numai al anticoagulării heparinei sau, într-o anumită măsură, este un efect al activității sale anti-SARS-CoV-2. Heparina inhalată are beneficii suplimentare, cum ar fi reducerea coagulopatiei pulmonare și a inflamației fără a produce sângerări sistemice 18. În acest scop, sugerăm că tratamentul fucoidanilor, heparinei nebulizate sau eventual a TriS-heparinei în combinație cu sau fără terapii antivirale actuale, ar trebui evaluat mai întâi la celulele epiteliale primare umane și apoi la pacienții umani care suferă de COVID-19.
