Recensione:Piattaforme nanobasate per la diagnosi e il trattamento di COVID-19:dal banco al posto letto. Credito immagine:Shutterstock Sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), l'agente patogeno responsabile del COVID-19, è un avvolto, singolo filamento, virus a RNA di senso positivo, che condivide più del 50% di somiglianza di sequenza con altri membri letali della famiglia del coronavirus umano, tra cui SARS-CoV e coronavirus della sindrome respiratoria mediorientale (MERS-CoV).
SARS-CoV-2 si diffonde principalmente da persona a persona attraverso grandi goccioline respiratorie. Però, alcuni studi recenti hanno indicato la possibilità di trasmissione per via aerea tramite piccoli aerosol respiratori.
L'infezione da SARS-CoV-2 inizia con il legame della proteina spike virale al recettore dell'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) della cellula ospite. Al legame del recettore, la proteina spike è attivata proteoliticamente dalla proteasi della cellula ospite TMPRSS2, portando alla dissociazione della subunità spike S1/S2 e alla fusione dell'involucro virale con la membrana della cellula ospite.
Essendo un virus respiratorio, SARS-CoV-2 colpisce principalmente il tratto respiratorio superiore e provoca malattie polmonari da lievi a gravi. Però, il virus può infettare altri organi vitali e causare un'ampia gamma di complicanze cliniche, compreso cardiovascolare, neurologico, gastrointestinale, epatico, e disturbi nefrologici.
Le tecniche molecolari come la reazione a catena della trascrizione inversa-polimerasi (RT-PCR) sono considerate il gold standard per la diagnosi dell'infezione da SARS-CoV-2. Però, l'accuratezza, sensibilità, e la specificità della RT-PCR dipendono strettamente dalla consistenza genetica del virus. L'emergere di nuove mutazioni nella componente virale bersaglio può potenzialmente influenzare l'efficienza diagnostica della RT-PCR.
Per la diagnostica clinica e basata su immagini di COVID-19, i nanomateriali stanno emergendo come substrati promettenti grazie alla loro ottica unica, elettronico, magnetico, e proprietà meccaniche. I nanomateriali che sono stati proposti per il rilevamento virale includono metallo, silice, e nanoparticelle polimeriche, punti quantici, e nanotubi di carbonio.
Piattaforme nanobioibride
I nanomateriali possono essere coniugati con specifici componenti virali, come acido nucleico o proteine, sviluppare strumenti ibridi nano-bio per rilevare l'infezione virale. In questo approccio, per la trasduzione del segnale vengono utilizzate sonde multivalenti a base nanometrica.
Sono stati sviluppati dispositivi analitici colorimetrici con nanoparticelle d'argento come substrati colorimetrici per rilevare gli acidi nucleici MERS-CoV. Allo stesso modo, nanoparticelle d'oro e immunosensori basati su punti quantici sono stati sviluppati per rilevare l'infezione da coronavirus aviario. Tali metodi basati su immunosensori mostrano una maggiore precisione e sensibilità e tempi di risposta più rapidi rispetto a ELISA.
Per rilevare i coronavirus aviari, strisce immunocromatografiche sono state sviluppate utilizzando coniugati di anticorpi monoclonali specifici per spike virali e oro colloidale come traccianti. Allo stesso modo, sono stati sviluppati saggi di flusso laterale per un rilevamento accurato di SARS-CoV-2. In questi saggi, una striscia di carta è rivestita con coniugati di nanoparticelle d'oro e anticorpi virus-specifici nella prima riga. Nella seconda riga, gli anticorpi di cattura sono usati per il rivestimento. Per il rilevamento, i campioni biologici sono posti sulla striscia, e le proteine di interesse sono poste sulla membrana. Dopo il legame degli antigeni virali ai coniugati nanoparticelle-anticorpo, l'intero complesso scorre attraverso la striscia ed è immobilizzato dagli anticorpi di cattura nella seconda linea. Questo porta alla comparsa di una linea colorata.
Per monitorare l'interazione picco - ACE2, è stato sviluppato un sistema di trasferimento di energia utilizzando RBD spike ricombinante coniugato con punti quantici fluorescenti, nanoparticelle d'oro, e cellule che esprimono ACE2 marcato con GFP. Allo stesso modo, un avanzato biosensore a transistor ad effetto di campo è stato sviluppato utilizzando fogli di grafene coniugati a uno specifico anticorpo spike anti-SARS-CoV-2. Questo biosensore viene utilizzato per il rilevamento ultrasensibile e il rilevamento di antigeni SARS-CoV-2.
Dispositivi microfluidici
Nei dispositivi microfluidici, un polimero-, bicchiere-, o il chip a base di carta è fissato con camere di reazione e microcanali. Usando il capillare, vuoto, o forze elettrocinetiche, questo dispositivo mescola e separa i campioni liquidi.
Recentemente, è stata sviluppata una piattaforma microfluidica basata su smartphone per il rilevamento colorimetrico di anticorpi contro l'infezione da HIV. Questa piattaforma è composta da nanotubi di ZnO e polidimetilsilossano.
Nanomateriali, come il colloide d'argento, diossido di titanio, e nanoparticelle di difillina, sono considerati agenti antivirali promettenti e piattaforme di somministrazione di farmaci per la gestione efficace dell'infezione da coronavirus.
Terapia genica basata su nanotubi
I piccoli RNA interferenti (siRNA) sono altamente efficienti nel ridurre la replicazione dei virus a RNA, come i coronavirus. L'efficacia dei trattamenti basati su siRNA dipende strettamente dal targeting specifico della sequenza virale di interesse e dalla consegna cellulare mirata di siRNA terapeutico. In tale contesto, non tossico, nanovettori biocompatibili composti da polimeri, lipidi, nanoparticelle ibride polimero/lipidi, nanoidrogel, silice, dendrimeri, nanoparticelle di ossido di ferro, o le nanoparticelle d'oro sono considerate piattaforme promettenti per la consegna di siRNA. Questi nanocarrier possono migliorare la stabilità dei siRNA prevenendo la degradazione enzimatica.
Per il caricamento di siRNA antivirali inalabili e la consegna basata su aerosol di siRNA antivirali nei polmoni, nanovettori polimeri/lipidi hanno mostrato risultati promettenti. Allo stesso modo, Le nanoparticelle lipidiche coniugate con il colesterolo hanno mostrato un'elevata potenza nella somministrazione di vaccini COVID-19 a base di mRNA.
Immunoterapia a base di nano
Le forme nanoparticellari di agenti immunomodulatori hanno mostrato risultati promettenti in termini di modulazione delle funzioni dei componenti immunitari e di riduzione della tossicità correlata all'immunomodulazione. Inoltre, nanoparticelle, come i dendrimeri, liposomi, nanotubi di carbonio, materiali a base di polimeri, e nanoparticelle inorganiche, possono essere incorporati con diversi antigeni per una più robusta attivazione del sistema immunitario.
Vaccini a base di nano
Le nanoparticelle antivirali sono state utilizzate come potenziali agenti immunostimolanti per lo sviluppo di vaccini. Per esempio, nanoparticelle d'oro coniugate con il virus della gastroenterite trasmissibile suina sono state utilizzate per attivare i macrofagi, indurre la produzione di interferone, e aumentare i livelli di anticorpi neutralizzanti anti-coronavirus negli animali vaccinati. Allo stesso modo, coniugati di acido ribonucleico e nanoparticelle a base di ferritina sono stati utilizzati come chaperon molecolari per sviluppare un vaccino contro MERS-CoV. È stato dimostrato che il vaccino induce una forte risposta delle cellule T e promuove la produzione di interferone.
Attualmente, la nanotecnologia sta svolgendo un ruolo sempre più importante nella terapia antivirale per i coronavirus. I nanomateriali sono stati sviluppati specificamente per migliorare la somministrazione di farmaci bioterapeutici attraverso le barriere fisiologiche. Una vasta gamma di potenziali nanodispositivi, come i nanosensori, vaccini a base di nano, e nanomedicine intelligenti, offre una grande speranza per combattere le versioni mutate attuali e future dei coronavirus.
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