Revue :Plateformes nanométriques pour le diagnostic et le traitement du COVID-19 :de la paillasse au chevet du patient. Crédit d'image:Shutterstock Syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SARS-CoV-2), l'agent pathogène responsable du COVID-19, est un enveloppé, simple brin, virus à ARN de sens positif, qui partage plus de 50 % de similarité de séquence avec d'autres membres mortels de la famille des coronavirus humains, y compris le SRAS-CoV et le coronavirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS-CoV).
Le SRAS-CoV-2 se propage principalement d'une personne à l'autre via de grosses gouttelettes respiratoires. Cependant, certaines études récentes ont indiqué la possibilité d'une transmission aérienne via de petits aérosols respiratoires.
L'infection par le SRAS-CoV-2 commence par la liaison de la protéine de pointe virale au récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) de la cellule hôte. Lors de la liaison au récepteur, la protéine de pointe est activée protéolytiquement par la protéase de la cellule hôte TMPRSS2, conduisant à la dissociation de la sous-unité de pointe S1/S2 et à la fusion de l'enveloppe virale avec la membrane de la cellule hôte.
Étant un virus respiratoire, Le SRAS-CoV-2 affecte principalement les voies respiratoires supérieures et provoque une maladie pulmonaire légère à grave. Cependant, le virus peut infecter d'autres organes vitaux et provoquer un large éventail de complications cliniques, y compris cardio-vasculaire, neurologique, gastro-intestinal, hépatique, et les troubles néphrologiques.
Les techniques moléculaires telles que la transcription inverse-amplification en chaîne par polymérase (RT-PCR) sont considérées comme l'étalon-or pour le diagnostic de l'infection par le SRAS-CoV-2. Cependant, la précision, sensibilité, et la spécificité de la RT-PCR dépendent strictement de la cohérence génétique du virus. L'émergence de nouvelles mutations dans le composant viral cible peut potentiellement affecter l'efficacité diagnostique de la RT-PCR.
Pour le diagnostic clinique et basé sur l'image du COVID-19, les nanomatériaux émergent comme des substrats prometteurs en raison de leur optique unique, électronique, magnétique, et propriétés mécaniques. Les nanomatériaux qui ont été proposés pour la détection virale comprennent le métal, silice, et nanoparticules polymériques, points quantiques, et les nanotubes de carbone.
Plateformes nanobiohybrides
Les nanomatériaux peuvent être conjugués à des composants viraux spécifiques, comme un acide nucléique ou une protéine, développer des outils hybrides nano-bio pour détecter une infection virale. Dans cette approche, des sondes multivalentes à base de nano sont utilisées pour la transduction du signal.
Des dispositifs analytiques colorimétriques avec des nanoparticules d'argent comme substrats colorimétriques ont été développés pour détecter les acides nucléiques MERS-CoV. De la même manière, Des immunocapteurs à base de nanoparticules d'or et de points quantiques ont été développés pour détecter l'infection par le coronavirus aviaire. Ces méthodes basées sur des immunocapteurs présentent une précision et une sensibilité plus élevées et un délai d'exécution plus rapide que l'ELISA.
Pour détecter les coronavirus aviaires, des bandelettes immunochromatographiques ont été développées en utilisant des conjugués d'anticorps monoclonaux spécifiques de pointes virales et d'or colloïdal comme traceurs. De la même manière, des tests de flux latéral ont été développés pour une détection précise du SRAS-CoV-2. Dans ces dosages, une bande de papier est recouverte de conjugués de nanoparticules d'or et d'anticorps spécifiques au virus dans la première ligne. Dans la deuxième ligne, des anticorps de capture sont utilisés pour le revêtement. Pour la détection, des échantillons biologiques sont placés sur la bande, et les protéines d'intérêt sont placées sur la membrane. Après liaison des antigènes viraux aux conjugués nanoparticule-anticorps, l'ensemble du complexe traverse la bandelette et est immobilisé par les anticorps de capture de la deuxième ligne. Cela conduit à l'apparition d'une ligne colorée.
Pour surveiller l'interaction pic - ACE2, un système de transfert d'énergie a été développé en utilisant des pointes recombinantes RBD conjuguées à des points quantiques fluorescents, nanoparticules d'or, et des cellules exprimant l'ACE2 marquée par GFP. De la même manière, un biocapteur à transistor à effet de champ avancé a été développé en utilisant des feuilles de graphène conjuguées à un anticorps anti-SARS-CoV-2 spécifique. Ce biocapteur est utilisé pour la détection ultrasensible et la détection des antigènes du SRAS-CoV-2.
Dispositifs microfluidiques
Dans les dispositifs microfluidiques, un polymère-, un verre-, ou une puce à base de papier est fixée avec des chambres de réaction et des microcanaux. En utilisant le capillaire, vide, ou forces électrocinétiques, cet appareil mélange et sépare les échantillons liquides.
Récemment, une plate-forme microfluidique sur smartphone a été développée pour la détection colorimétrique des anticorps contre l'infection par le VIH. Cette plateforme est composée de nanotiges de ZnO et de polydiméthylsiloxane.
Nanomatériaux, comme le colloïde d'argent, le dioxyde de titane, et des nanoparticules de diphylline, sont considérés comme des agents antiviraux et des plateformes de distribution de médicaments prometteurs pour la gestion efficace de l'infection à coronavirus.
Thérapie génique basée sur les nanotechnologies
Les petits ARN interférents (siARN) sont très efficaces pour réduire la réplication des virus à ARN, comme les coronavirus. L'efficacité des traitements à base de siRNA dépend strictement du ciblage spécifique de la séquence virale d'intérêt et de la délivrance cellulaire ciblée de siRNA thérapeutiques. Dans ce contexte, non toxique, nanosupports biocompatibles composés de polymères, lipides, nanoparticules hybrides polymère/lipide, nanohydrogels, silice, dendrimères, nanoparticules d'oxyde de fer, ou les nanoparticules d'or sont considérées comme des plateformes prometteuses de livraison d'ARNsi. Ces nanosupports peuvent améliorer la stabilité des siARN en empêchant la dégradation enzymatique.
Pour le chargement d'ARNsi antiviraux inhalables et l'administration par aérosol d'ARNsi antiviraux dans les poumons, les nanosupports polymères/lipides ont montré des résultats prometteurs. De la même manière, Les nanoparticules lipidiques conjuguées au cholestérol ont montré une grande puissance dans l'administration de vaccins COVID-19 à base d'ARNm.
Immunothérapie à base de nano
Les formes nanoparticulaires d'agents immunomodulateurs ont montré des résultats prometteurs en termes de modulation des fonctions des composants immunitaires et de réduction de la toxicité liée à l'immunomodulation. En outre, nanoparticules, tels que les dendrimères, liposomes, nanotubes de carbone, matériaux à base de polymère, et nanoparticules inorganiques, peut être incorporé à plusieurs antigènes pour une activation plus robuste du système immunitaire.
Vaccins à base de nano
Les nanoparticules antivirales ont été utilisées comme agents immunostimulants potentiels pour le développement de vaccins. Par exemple, des nanoparticules d'or conjuguées au virus de la gastro-entérite transmissible porcine ont été utilisées pour activer les macrophages, induire la production d'interféron, et augmenter les niveaux d'anticorps neutralisants anti-coronavirus chez les animaux vaccinés. De la même manière, des conjugués d'acide ribonucléique et de nanoparticules à base de ferritine ont été utilisés comme chaperons moléculaires pour développer un vaccin contre le MERS-CoV. Il a été démontré que le vaccin induit une forte réponse des lymphocytes T et favorise la production d'interféron.
Actuellement, la nanotechnologie joue un rôle de plus en plus important dans la thérapie antivirale pour les coronavirus. Les nanomatériaux ont été développés spécifiquement pour améliorer l'administration de produits biothérapeutiques à travers les barrières physiologiques. Une large gamme de nanodispositifs potentiels, tels que les nanocapteurs, vaccins à base de nano, et nanomédecines intelligentes, offre un grand espoir pour lutter contre les versions mutées actuelles et futures des coronavirus.
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