Revisão:Nanobased Platforms for Diagnostic and Treatment of COVID-19:From Benchtop to Bedside. Crédito da imagem:Shutterstock Síndrome respiratória aguda grave coronavírus 2 (SARS-CoV-2), o patógeno causador de COVID-19, é um envelope, de fita simples, vírus de RNA de sentido positivo, que compartilha mais de 50% de similaridade de sequência com outros membros letais da família do coronavírus humano, incluindo SARS-CoV e coronavírus da síndrome respiratória do Oriente Médio (MERS-CoV).
O SARS-CoV-2 se espalha principalmente de pessoa para pessoa por meio de grandes gotículas respiratórias. Contudo, alguns estudos recentes indicaram a possibilidade de transmissão aérea por meio de pequenos aerossóis respiratórios.
A infecção com SARS-CoV-2 inicia com a ligação da proteína spike viral ao receptor da enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) da célula hospedeira. Após a ligação ao receptor, a proteína spike é ativada proteoliticamente pela protease da célula hospedeira TMPRSS2, levando à dissociação da subunidade S1 / S2 do pico e à fusão do envelope viral com a membrana da célula hospedeira.
Por ser um vírus respiratório, SARS-CoV-2 afeta principalmente o trato respiratório superior e causa doença pulmonar leve a grave. Contudo, o vírus pode infectar outros órgãos vitais e causar uma ampla gama de complicações clínicas, incluindo cardiovascular, neurológico, gastrointestinal, hepático, e distúrbios nefrológicos.
Técnicas moleculares, como a reação em cadeia da polimerase de transcrição reversa (RT-PCR), são consideradas o padrão ouro para o diagnóstico da infecção por SARS-CoV-2. Contudo, a precisão, sensibilidade, e a especificidade do RT-PCR depende estritamente da consistência genética do vírus. O surgimento de novas mutações no componente viral alvo pode afetar potencialmente a eficiência diagnóstica da RT-PCR.
Para diagnóstico clínico e baseado em imagem de COVID-19, nanomateriais estão emergindo como substratos promissores devido à sua óptica única, eletrônico, magnético, e propriedades mecânicas. Nanomateriais que foram propostos para detecção viral incluem metal, sílica, e nanopartículas poliméricas, pontos quânticos, e nanotubos de carbono.
Plataformas nanobiohíbridas
Nanomateriais podem ser conjugados com componentes virais específicos, como ácido nucleico ou proteína, desenvolver ferramentas híbridas nano-bio para detectar infecções virais. Nesta abordagem, sondas multivalentes baseadas em nano são usadas para transdução de sinal.
Dispositivos analíticos colorimétricos com nanopartículas de prata como substratos colorimétricos foram desenvolvidos para detectar ácidos nucléicos MERS-CoV. De forma similar, Nanopartículas de ouro e imunossensores baseados em pontos quânticos foram desenvolvidos para detectar infecção por coronavírus aviário. Esses métodos baseados em imunossensores exibem maior precisão e sensibilidade e tempo de resposta mais rápido do que o ELISA.
Para detectar coronavírus aviários, Tiras imunocromatográficas foram desenvolvidas usando conjugados de anticorpo monoclonal específico de pico viral e ouro coloidal como traçadores. De forma similar, ensaios de fluxo lateral foram desenvolvidos para detecção precisa de SARS-CoV-2. Nestes ensaios, uma tira de papel é revestida com conjugados de nanopartículas de ouro e anticorpos específicos para vírus na primeira linha. Na segunda linha, os anticorpos de captura são usados para o revestimento. Para detecção, amostras biológicas são colocadas na tira, e as proteínas de interesse são colocadas na membrana. Após a ligação de antígenos virais aos conjugados nanopartícula-anticorpo, todo o complexo flui pela tira e é imobilizado pelos anticorpos de captura na segunda linha. Isso leva ao aparecimento de uma linha colorida.
Para monitorar pico - interação ACE2, um sistema de transferência de energia foi desenvolvido usando RBD de pico recombinante conjugado com pontos quânticos fluorescentes, nanopartículas de ouro, e células que expressam ACE2 marcada com GFP. De forma similar, um biossensor de transistor de efeito de campo avançado foi desenvolvido usando folhas de grafeno conjugadas a um anticorpo anti-SARS-CoV-2 específico. Este biossensor é usado para detecção ultrassensível e detecção de antígenos SARS-CoV-2.
Dispositivos microfluídicos
Em dispositivos microfluídicos, um polímero-, copo-, ou chip baseado em papel é fixado com câmaras de reação e microcanais. Usando capilar, vácuo, ou forças eletrocinéticas, este dispositivo mistura e separa amostras líquidas.
Recentemente, uma plataforma microfluídica baseada em smartphone foi desenvolvida para detecção colorimétrica de anticorpos contra a infecção pelo HIV. Esta plataforma é composta por nanobastões de ZnO e polidimetilsiloxano.
Nanomateriais, como colóide de prata, dióxido de titânio, e nanopartículas de difilina, são considerados agentes antivirais promissores e plataformas de distribuição de medicamentos para o tratamento eficaz da infecção por coronavírus.
Terapia genética baseada em nano
Pequenos RNAs de interferência (siRNAs) são altamente eficientes na redução da replicação de vírus de RNA, como coronavírus. A eficácia dos tratamentos baseados em siRNA depende estritamente do direcionamento específico da sequência viral de interesse e da entrega celular direcionada de siRNA terapêutico. Nesse contexto, não tóxico, nanotransportadores biocompatíveis compostos de polímeros, lipídios, nanopartículas híbridas de polímero / lipídio, nanohidrogéis, sílica, dendrímeros, nanopartículas de óxido de ferro, ou nanopartículas de ouro são consideradas plataformas de entrega de siRNA promissoras. Esses nanocarreadores podem melhorar a estabilidade do siRNA, evitando a degradação enzimática.
Para carregamento de siRNA antiviral inalável e entrega baseada em aerossol de siRNA antiviral nos pulmões, nanocarreadores de polímero / lipídio têm mostrado resultados promissores. De forma similar, Nanopartículas lipídicas conjugadas com colesterol têm mostrado alta potência na entrega de vacinas COVID-19 baseadas em mRNA.
Imunoterapia baseada em nano
Formas nanoparticuladas de agentes imunomoduladores têm mostrado resultados promissores em termos de modulação das funções dos componentes imunológicos e redução da toxicidade relacionada à imunomodulação. Além disso, nanopartículas, como dendrímeros, lipossomas, nanotubos de carbono, materiais à base de polímeros, e nanopartículas inorgânicas, pode ser incorporado com diversos antígenos para uma ativação mais robusta do sistema imunológico.
Vacinas baseadas em nanopartículas
Nanopartículas antivirais têm sido utilizadas como potenciais agentes imunoestimuladores para o desenvolvimento de vacinas. Por exemplo, nanopartículas de ouro conjugadas com o vírus da gastroenterite transmissível por suínos têm sido usadas para ativar macrófagos, induzir a produção de interferon, e aumentar os níveis de anticorpos neutralizantes anti-coronavírus em animais vacinados. De forma similar, conjugados de ácido ribonucleico e nanopartículas à base de ferritina têm sido usados como acompanhantes moleculares para desenvolver uma vacina contra MERS-CoV. A vacina mostrou induzir uma forte resposta das células T e promover a produção de interferon.
Atualmente, a nanotecnologia está desempenhando um papel cada vez mais importante na terapia antiviral para coronavírus. Os nanomateriais foram desenvolvidos especificamente para melhorar a distribuição de bioterapêuticos através das barreiras fisiológicas. Uma ampla gama de nanodispositivos potenciais, como nanosensores, vacinas baseadas em nanopartículas, e nanomedicinas inteligentes, oferece grande esperança para o combate às versões mutantes atuais e futuras dos coronavírus.
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