Обзор:Платформы на основе нанотехнологий для диагностики и лечения COVID-19:от настольного компьютера к постели больного. Кредит изображения:Shutterstock Тяжелый острый респираторный синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), возбудитель COVID-19, обернутый, одноцепочечный, положительно-смысловая РНК вируса, который имеет более чем 50% сходство последовательностей с другими смертоносными членами семейства коронавирусов человека, включая SARS-CoV и коронавирус ближневосточного респираторного синдрома (MERS-CoV).
SARS-CoV-2 в основном передается от человека к человеку через крупные респираторные капли. Тем не мение, некоторые недавние исследования показали возможность передачи по воздуху через небольшие респираторные аэрозоли.
Инфекция SARS-CoV-2 начинается со связывания вирусного спайкового белка с рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) клетки-хозяина. При связывании рецептора белок-спайк протеолитически активируется протеазой клетки-хозяина TMPRSS2, что приводит к диссоциации субъединицы S1 / S2 спайка и слиянию вирусной оболочки с мембраной клетки-хозяина.
Являясь респираторным вирусом, SARS-CoV-2 в первую очередь поражает верхние дыхательные пути и вызывает легочные заболевания от легкой до тяжелой степени. Тем не мение, вирус может поражать другие жизненно важные органы и вызывать широкий спектр клинических осложнений, в том числе сердечно-сосудистые, неврологический, желудочно-кишечный, печеночный и нефрологические расстройства.
Молекулярные методы, такие как полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР), считаются золотым стандартом для диагностики инфекции SARS-CoV-2. Тем не мение, Точность, чувствительность, и специфичность ОТ-ПЦР строго зависят от генетической целостности вируса. Возникновение новых мутаций в вирусном компоненте-мишени потенциально может повлиять на диагностическую эффективность ОТ-ПЦР.
Для визуальной и клинической диагностики COVID-19:наноматериалы становятся многообещающими подложками из-за их уникальных оптических, электронный, магнитный и механические свойства. Наноматериалы, которые были предложены для обнаружения вирусов, включают металл, кремнезем и полимерные наночастицы, квантовые точки, и углеродные нанотрубки.
Нанобиогибридные платформы
Наноматериалы можно конъюгировать со специфическими вирусными компонентами, такие как нуклеиновая кислота или белок, разработать нано-биогибридные инструменты для обнаружения вирусной инфекции. В этом подходе Мультивалентные зонды на основе наночастиц используются для передачи сигналов.
Колориметрические аналитические устройства с наночастицами серебра в качестве колориметрических субстратов были разработаны для обнаружения нуклеиновых кислот БВРС-КоВ. Сходным образом, Иммуносенсоры на основе наночастиц золота и квантовых точек были разработаны для обнаружения инфекции птичьего коронавируса. Такие методы на основе иммуносенсоров демонстрируют более высокую точность и чувствительность, а также более быстрое время выполнения, чем ELISA.
Для обнаружения птичьих коронавирусов были разработаны иммунохроматографические полоски с использованием конъюгатов вирусных спайк-специфичных моноклональных антител и коллоидного золота в качестве индикаторов. Сходным образом, Для точного обнаружения SARS-CoV-2 были разработаны методы бокового кровотока. В этих анализах бумажная полоска покрыта конъюгатами наночастиц золота и вирус-специфических антител в первой строке. Во второй строке для покрытия используются захватывающие антитела. Для обнаружения, биологические образцы помещаются на полоску, и представляющие интерес белки помещаются на мембрану. После связывания вирусных антигенов с конъюгатами наночастица-антитело, весь комплекс протекает через полоску и иммобилизуется захватывающими антителами второй линии. Это приводит к появлению цветной линии.
Чтобы отслеживать взаимодействие спайка и ACE2, система передачи энергии была разработана с использованием рекомбинантного шипа RBD, конъюгированного с флуоресцентными квантовыми точками, наночастицы золота, и клетки, экспрессирующие ACE2, меченный GFP. Сходным образом, Был разработан усовершенствованный полевой транзисторный биосенсор с использованием графеновых листов, конъюгированных со специфическим антителом против SARS-CoV-2. Этот биосенсор используется для сверхчувствительного зондирования и обнаружения антигенов SARS-CoV-2.
Микрожидкостные устройства
В микрофлюидных устройствах полимер-, стакан-, или чип на бумажной основе закреплен реакционными камерами и микроканалами. Используя капилляр, вакуум или электрокинетические силы, это устройство смешивает и разделяет жидкие образцы.
В последнее время, Микрожидкостная платформа на базе смартфона была разработана для колориметрического определения антител против ВИЧ-инфекции. Эта платформа состоит из наностержней ZnO и полидиметилсилоксана.
Наноматериалы, такие как коллоид серебра, оксид титана, и наночастицы дифиллина, считаются многообещающими противовирусными агентами и платформами доставки лекарств для эффективного управления коронавирусной инфекцией.
Нано-основанная генная терапия
Малые интерферирующие РНК (миРНК) очень эффективны в снижении репликации РНК-вирусов, такие как коронавирусы. Эффективность лечения на основе миРНК строго зависит от конкретного нацеливания на интересующую вирусную последовательность и адресной клеточной доставки терапевтической миРНК. В контексте, нетоксичный, биосовместимые наноносители из полимеров, липиды, гибридные наночастицы полимер / липид, наногидрогели, кремнезем дендримеры, наночастицы оксида железа, или наночастицы золота рассматриваются как многообещающие платформы для доставки миРНК. Эти наноносители могут улучшить стабильность миРНК, предотвращая ферментативную деградацию.
Для ингаляционной загрузки противовирусной siRNA и аэрозольной доставки противовирусной siRNA в легкие, полимерные / липидные наноносители показали многообещающие результаты. Сходным образом, Липидные наночастицы, конъюгированные с холестерином, показали высокую эффективность при доставке вакцин против COVID-19 на основе мРНК.
Нано-основанная иммунотерапия
Формы иммуномодулирующих агентов в форме наночастиц показали многообещающие результаты с точки зрения модуляции функций иммунных компонентов и снижения токсичности, связанной с иммуномодуляцией. Кроме того, наночастицы, такие как дендримеры, липосомы, углеродные нанотрубки, материалы на основе полимеров, и неорганические наночастицы, может быть объединен с несколькими антигенами для более надежной активации иммунной системы.
Нано-вакцины
Противовирусные наночастицы использовались в качестве потенциальных иммуностимулирующих агентов при разработке вакцин. Например, наночастицы золота, конъюгированные с вирусом трансмиссивного гастроэнтерита свиней, были использованы для активации макрофагов, индуцируют выработку интерферона, и повысить уровень нейтрализующих антител к коронавирусу у вакцинированных животных. Сходным образом, Конъюгаты рибонуклеиновой кислоты и наночастиц на основе ферритина были использованы в качестве молекулярных шаперонов для разработки вакцины против БВРС-КоВ. Было показано, что вакцина вызывает сильный Т-клеточный ответ и способствует выработке интерферона.
В настоящее время, нанотехнологии играют все более важную роль в противовирусной терапии коронавирусов. Наноматериалы были разработаны специально для улучшения доставки биотерапевтических средств через физиологические барьеры. Широкий спектр потенциальных наноустройств, такие как наносенсоры, нано-вакцины, и умные наномедицины, дает большие надежды на борьбу с нынешними и будущими мутировавшими версиями коронавирусов.
Вибрация всего тела помогает уменьшить воспаление,
Глицирризиновая кислота как кандидат в лекарство от COVID-19
Коронавирус распространяется через фекалии?
Диабет 1 типа связан с микробиомом кишечника и генетическими факторами
Анализ крови на микробную ДНК может предупредить о раке
Слизь в лейке для душа может содержать опасные легочные бактерии - исследование
Люди против вирусов - сможем ли мы избежать исчезновения в ближайшем будущем?
Эксперт утверждает, что антропогенные изменения окружающей среды могут привести к появлению болезнетворных микроорганизмов, не только извне, но и из нашего собственного микробиома, которые могут проло
Генетически измененные кишечные бактерии снижают риск развития колоректального рака у мышей - результаты исследования
Исследователи обнаружили, что редактирование генов бактерий, присутствующих в кишечнике мышей, может помочь уменьшить воспаление и связанный с этим риск колоректального рака. Исследование ученых из Юг
Криптоспоридиоз усугубляется часто используемыми пробиотиками.
Исследователи обнаружили, что заражение кишечным паразитом Криптоспоридиум парвум ухудшается у мышей, которым вводили пробиотик. Кредит изображения:3D-графика Alpha Tauri / Shutterstock