Ciddi akut solunum sendromu koronavirüsü anlamına gelen SARS-CoV, koronavirüs hastalığından sorumlu SARS CoV-2 2019 (COVID-19) ve Orta Doğu solunum sendromu (MERS-CoV) dahil olmak üzere koronavirüs patojenleri, neredeyse insanlarda hayatı tehdit eden pnömoniye neden olur.

Dünya çapında yaklaşık iki milyon enfekte insan ve 140 bin'den fazla ölümle en bulaşıcı ve en ölümcül koronavirüs hastalığı olan COVID-19 durumunda, 70 yaşındaki sıtma ilacı olan chloroquinein, son zamanlarda bazı doğrulanmış terapötik etkilere sahip olduğunu göstermiştir. 

Giriş

Bazı klinik raporlar COVID-19 hastalarının dörtte birinin kalp hastalığı geliştirdiğini doğrulamıştır. Ayrıca, MERS-CoV ile savaşmak için nanoparçacıklardan yararlanan çeşitli aşılar uygulanmıştır. Terapötik amaçlar için az sayıda antiviral ilaç ve aşı olmasına rağmen, zayıf metabolik stabilite, ciddi olumsuz sağlık etkileri ve düşük antiviral aktiviteler iyileştirici etkilerini büyük ölçüde bozmuştur¹. Sonuç olarak, yeni hastalar için pratik ve etkili tedavi geliştirmek için acil bir durum söz konusudur.

Koronavirüs Patojenleri Bağlama ve Füzyon Mekanizması

Koronavirüs ailesinin patojenleri hakkında herhangi bir mekanik tartışmadan önce, içerdikleri proteinlerin moleküler yapısını ve türlerini gözden geçirmek yardımcı olacaktır. Koronavirüsler, tüm virüslerin RNA'ları arasında en büyük olarak kabul edilen 26 ila 32 kilobaz genom içeren zarflı pozitif iplikçikli RNA virüsler ailesindendir. Memeliler ve kuşlar gibi türleri enfekte edebilen çok çeşitli konakçıların yanı sıra gastrointestinal, solunum, hepatik ve merkezi sinir sistemi hastalıkları gibi ciddi sağlık bozuklukları yapmaktadırlar. Koronavirüslerde, spike proteini, konakçı hücrelere nüfuz etmek için kullanılan virüs yüzeyinden çıkan taç benzeri (Latince Corona) yapılar oluşturur. Başak proteinin kendisi S1 ve S2 içerir, burada S1, konakçı hücre reseptörüne ve membran füzyonu için S2'ye bağlanır. Nükleokapsid protein, koronavirüsteki en bol protein ve yüksek derecede immünojenik bir fosfoprotein olarak kabul edilir. Nükleokapsid proteinin neredeyse hiç mutasyona uğramadığı ve teşhis tahlillerinde bir işaretçi olarak kullanılmaktadır².

Koronavirüs patojenlerinin, sonuçta membran füzyon aracılığı ile hücresel reseptörlere bağlandığı mekanizma, başak (S) proteininin kullanılmasıdır. Artan miktarda çalışma ve deney, enfeksiyona S proteininin dahil olduğunu göstermektedir. Yukarıda verildiği gibi S1 proteinleri, virüs zarfının konak hücre zarı ile füzyonuna aracılık etmek için arka arkaya S2 proteini tetiklemesi ile dipeptidil peptidaz reseptörleri (DPP4) yoluyla konakçı hücrelere bağlanır⁴. S2 proteininin koronavirüsler tarafından enfeksiyonu düzenlemedeki sansür rolü, inhibisyon fonksiyonunun tedavide güçlü bir teknik olduğunu göstermektedir. Spesifik olarak S2 proteini, heptad tekrarı 1 (HR1), heptad tekrarı 2 (HR2) ve füzyon peptitleri (FP) dahil üç ana alandan oluşur. DPP4'e bağlanan S1 proteinleri yapıldıktan sonra, füzyon peptidi konakçı hücrelerin zarından geçer. Daha sonra, HR1 ve HR2 birbirlerini bükerek 6-sarmal demet (6-HB) adı verilen ve konakçı hücre zarını ve virüsün zarfını birbirine doğru çekmekten sorumlu olan ve füzyonlarını destekleyen sarmal bir yapı oluşturur. Bu füzyon, viral genomun (RNA) konakçı hücreye salınmasına neden olur. Bu mekanizmaya göre, 6 HB oluşumu hücre zarları ile koronavirüs füzyon aracılık kritik bir faktör gibi görünmektedir¹.

Şu anda, Spike (S) proteinine karşı en olası strateji, enfeksiyonu nötralize etmek için virüs bağlanmasını ve füzyonunu bloke edebilen antikorlar kullanmaktır. Sonuç olarak, S proteini, bulaşıcı süreci ve replikasyonları baskılamak için bir ilaç veya aşı hedef adayı olarak görülmelidir. Hayvanlar üzerinde yapılan çalışmalar ve deneyler, koronavirüs patojenlerine karşı herhangi bir yetersiz koruyucu bağışıklık sisteminin, vücut enfekte olduğunda akciğerlerde bir eozinofilik immünopatolojiye yol açabileceğini düşündürmektedir³.

SARS-CoV-2, koronavirüs ailesinden yeni ortaya çıkan bir patojen ve nanoteknolojiye dayanan çok az tedavi olduğundan, gelecek çalışmalarda özellikle SARS-CoV ve MERS-CoV'a karşı daha önce geliştirilen altın nanoparçacık bazlı tedavi yöntemlerine odaklanacaktır. Bununla birlikte, geçmiş çalışmaların tam bir incelemesi, araştırmacıların bugün dünya çapında binlerce hayat iddia eden pandemik COVID-19 ile özellikle başa çıkmak için yeni yöntemler geliştirmelerine yardımcı olacaktır.

Altın Nanoparçacıklar ve kullanım alanları hakkında bilgi almak için blog yazımızı ziyaret edin.

Koronavirüs Patojenlerinin Saptanması ve İnhibisyonu için Altın Nanoparçacıklar

Kolorimetrik tekniklerin, metalik nanoparçacık ve floresan moleküller gibi bir göstergenin rengindeki değişiklik yoluyla hedef analitleri saptamak ve tanımlamak için etkili araçlar olarak hizmet ettiği gösterilmiştir. Tespit, boya maddesinin belirli bir karakteristik dalga boyunda absorbansını ölçerek görsel gözlem temelinde bir biyobelirteç katılımının veya varlığının onaylanmasını içerir. 2019'un başlarında yapılan yakın tarihli bir çalışmaya dayanarak, pozitif elektrolit olarak magnezyum klorür içinde altın nanoparçacıklar ile kaplanmış veya korumalı çift zincirli DNA (dsDNA) kendinden montajı kullanarak MERS-CoV'yi saptamak için bir tespit platformu olarak bir kolorimetrik test geliştirilmiştir. Bu platform, ultraviyole ve görünür dalga boyu aralığındaki renk altın nanoparçacıklarındaki değişiklik ve yerel yüzeylerindeki Plasmon rezonansındaki (LSPR) kayma ile MERS-CoV'yi tespit edebilir. Buna göre, çift zincirli DNA'nın 5 ′ veya 3 ′ ucundaki bir çift prob, E protein geninin yukarı akışına ve MERS üzerindeki açık okuma çerçevelerine (ORF) sahip tamamlayıcı baz çiftini düzenlemek için tiyol ile tasarlanır ve modifiye edilir. Bu sırayla, problar ve hedeflerin dsDNA'sı, altın nanoparçacıkları optik özelliklerin geçişinden ve kendiliğinden indüklenen agregasyondan korumak için disülfite bağlı uzun kendinden birleştirilmiş bir kompleks oluşturur. Bu kolorimetrik algılama platformu, MERS-CoV 4'ün bir mikro litresi başına 1 ile piko molar (1pM /µL) ayırabilir. Bu platform, yapıdaki benzerliklerle ilgili olarak, bazı modifikasyonlarla SARS-CoV-2 kitlerini geliştirmek için kullanılabilir.

Koronavirüse Karşı Güçlü Bir Antijen Olarak Altın Nanoparçacık Modifiye Spike Proteini

Aynı anda aşılamada bir adjuvan ve bir antijen taşıyıcısı olarak hareket ettiğine inanılan altın nanopartiküller, ultraviyole radyasyonla inaktive edilen SARS-CoV aşısında etkili bir adjuvan olarak kabul edilir. Bu yöntemde, ön testler, fareye, enfeksiyon fare ile uyarlanmış virüs ile yapıldıktan sonra, adjuvan SARS olmadan, 0.5 ug S proteini ile immünize edilerek gerçekleştirildi. Altın nanopartikülleri ile adjuvanlanmış protein, güçlü bir IgG tepkisine yol açar, ancak aşının etkinliğini arttırmaz veya eozinofilik infiltrasyonu durdurur / azaltır. Bu çalışmanın sonuçlarına dayanarak, altın nanoparçacık ‐ adjuvanlanmış S proteini, SARS-CoV'e karşı yükseltilmiş bir antijene spesifik IgG cevabı ile sonuçlanabilir³.

Altın nanoparçacıkları hakkında bilgi almak için blog yazımızı ziyaret edin.

Altın Nanorod Bazlı HR1 Peptit İnhibitörü

Bu yöntemde altın nanorodlardan yararlanılarak, konakçı hücreler ve MERS-CoV arasında HR1 / HR2 aracılı membran füzyonunu önlemek için bir dizi heptad tekrarı 1 (HR1) inhibitörü geliştirilmiştir. Özellikle bu teknikte, MERS-CoV'ye karşı güçlü bir inhibisyon gösterdiği ortaya çıkan peptit gebeliğe bağlı hipertansiyon (PIH), altın nanorodlarla (PIH-AuNR'ler) ek bir teşvik biyouyumluluk sergileyen bir kompleks oluşturduğunda 10 kat daha da güçlenir. ve metabolik kararlılık. Bu kompleks MERS-CoV enfeksiyonu tedavisinde ilaç veya aşı olarak klinik formların geliştirilmesinde kullanılacak potansiyel kalitede yeni bir antiviral aktivite göstermiştir¹.

Sonuç

MERS-CoV, SARS-CoV ve yeni SARS-CoV-2 dahil olmak üzere koronavirüs patojenleri arasındaki yapısal benzerlikler ile ilgili olarak, altın nanopartiküller sadece COVID-19'a karşı tedavi stratejisi olarak kullanılamaz, aynı zamanda koronavirüs tasarımına uygulanabilir teşhis kitleri kullanılır. Önceki çalışmalar, altın nanoparçacık uygulamalarının tatmin edici sonuçları kanıtladığından, AuNP tabanlı platformların geliştirilmesine yönelik çalışmalar, dünyanın yaşadığı kritik anlarda bir rahatlama olarak ortaya çıkabilir.

Referanslar

1. Huang, X. et al. Novel Gold Nanorod-Based HR1 Peptide Inhibitor for Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus. ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 19799–19807 (2019).

2. Li, F. Structure, Function, and Evolution of Coronavirus Spike Proteins. Annu. Rev. Virol. 3, 237–261 (2016).

3. Sekimukai, H. et al. Gold nanoparticle-adjuvanted S protein induces a strong antigen-specific IgG response against severe acute respiratory syndrome-related coronavirus infection, but fails to induce protective antibodies and limit eosinophilic infiltration in lungs. Microbiol. Immunol. 64, 33–51 (2020).

4. Kim, H. et al. Development of Label-Free Colorimetric Assay for MERS-CoV Using Gold Nanoparticles. ACS Sensors 4, 1306–1312 (2019).

5. https://nanografi.com/