AeroNabs' lover kraftig, inhalerbar beskyttelse mod COVID-19

AeroNabs' lover kraftig, inhalerbar beskyttelse mod COVID-19
AeroNabs' lover kraftig, inhalerbar beskyttelse mod COVID-19
Anonim

Mens verden venter på vacciner for at bringe COVID-19-pandemien under kontrol, har UC San Francisco-forskere udtænkt en ny tilgang til at standse spredningen af SARS-CoV-2, den virus, der forårsager sygdommen.

Ledet af UCSF-kandidatstuderende Michael Schoof konstruerede et team af forskere et fuldstændigt syntetisk, produktionsklart molekyle, der spændertrøjer over det afgørende SARS-CoV-2-maskineri, der tillader virussen at inficere vores celler. Som rapporteret i et nyt papir, der nu er tilgængeligt på preprint-serveren bioRxiv, viser eksperimenter med levende virus, at molekylet er blandt de mest potente SARS-CoV-2 antivirale midler, der endnu er opdaget.

I en aerosolformulering, de testede, kaldet "AeroNabs" af forskerne, kunne disse molekyler selvadministreres med en næsespray eller inhalator. Brugt én gang om dagen, kan AeroNabs give en kraftfuld, pålidelig beskyttelse mod SARS-CoV-2, indtil en vaccine bliver tilgængelig. Forskerholdet er i aktive diskussioner med kommercielle partnere for at øge produktionen og den kliniske test af AeroNabs. Hvis disse tests lykkes, sigter forskerne efter at gøre AeroNabs bredt tilgængelige som en billig håndkøbsmedicin til forebyggelse og behandling af COVID-19.

"Langt mere effektive end bærbare former for personlige værnemidler, vi tænker på AeroNabs som en molekylær form for PPE, der kan tjene som et vigtigt stop, indtil vacciner giver en mere permanent løsning på COVID-19," sagde AeroNabs co. -opfinder Peter W alter, PhD, professor i biokemi og biofysik ved UCSF og en Howard Hughes Medical Institute Investigator. For dem, der ikke kan få adgang til eller ikke reagerer på SARS-CoV-2-vacciner, tilføjede W alter, kunne AeroNabs være en mere permanent forsvarslinje mod COVID-19.

"Vi samlede en utrolig gruppe af talentfulde biokemikere, cellebiologer, virologer og strukturelle biologer for at få projektet fra start til slut på kun et par måneder," sagde Schoof, medlem af W alter-laboratoriet og en AeroNabs co. -opfinder.

Lama-inspireret design

Selv om AeroNabs udelukkende er konstrueret i laboratoriet, er de inspireret af nanobodies, antistoflignende immunproteiner, der naturligt forekommer i lamaer, kameler og beslægtede dyr. Siden deres opdagelse i et belgisk laboratorium i slutningen af 1980'erne, har nanolegemernes karakteristiske egenskaber fascineret videnskabsmænd over hele verden.

"Selvom de fungerer meget som de antistoffer, der findes i det menneskelige immunsystem, tilbyder nanostoffer en række unikke fordele for effektiv behandling mod SARS-CoV-2," forklarede medopfinder Aashish Manglik, MD, PhD, en assisterende professor i farmaceutisk kemi, der hyppigt anvender nanobodies som et værktøj i sin forskning i strukturen og funktionen af proteiner, der sender og modtager signaler over cellens membran.

F.eks. er nanostoffer en størrelsesorden mindre end humane antistoffer, hvilket gør dem nemmere at manipulere og modificere i laboratoriet. Deres lille størrelse og relativt simple struktur gør dem også betydeligt mere stabile end antistofferne fra andre pattedyr. Plus, i modsætning til menneskelige antistoffer, kan nanobodies nemt og billigt masseproduceres: Forskere indsætter generne, der indeholder de molekylære tegninger for at bygge nanobodies ind i E. coli eller gær, og transformerer disse mikrober til høj-output nanobody-fabrikker. Den samme metode er blevet brugt sikkert i årtier til at masseproducere insulin.

Men som Manglik bemærkede, "var nanobodies kun udgangspunktet for os. Selvom de tilt alte i sig selv, troede vi, at vi kunne forbedre dem gennem proteinteknologi. Dette førte til sidst til udviklingen af AeroNabs."

Spike er nøglen til infektion

SARS-CoV-2 er afhængig af dets såkaldte spike-proteiner til at inficere celler. Disse spidser studser overfladen af virussen og giver et krone-lignende udseende, når de ses gennem et elektronmikroskop - deraf navnet "coronavirus" for den virale familie, der inkluderer SARS-CoV-2. Pigge er dog mere end blot en dekoration - de er den essentielle nøgle, der tillader virussen at trænge ind i vores celler.

Som et tilbagetrækkeligt værktøj kan pigge skifte fra en lukket, inaktiv tilstand til en åben, aktiv tilstand. Når nogen af en viruspartikels cirka 25 spidser bliver aktive, bliver denne spidss tre "receptorbindende domæner", eller RBD'er, eksponeret og primet til at binde til ACE2 (udtales "ace to"), en receptor fundet på menneskeceller, lungen og luftvejene.

Gennem en lås-og-nøgle-lignende interaktion mellem en ACE2-receptor og en spike RBD kommer virussen ind i cellen, hvor den derefter forvandler sin nye vært til en coronavirus-producent. Forskerne troede, at hvis de kunne finde nanostoffer, der hindrer spike-ACE2-interaktioner, kunne de forhindre virussen i at inficere celler.

Nanobodies deaktiverer spikes og forhindrer infektion

For at finde effektive kandidater analyserede forskerne et nyligt udviklet bibliotek i Mangliks laboratorium med over 2 milliarder syntetiske nanokroppe. Efter successive testrunder, hvor de pålagde stadig strengere kriterier for at eliminere svage eller ineffektive kandidater, endte forskerne med 21 nanobodies, der forhindrede en modificeret form for spike i at interagere med ACE2.

Yderligere eksperimenter, herunder brugen af kryo-elektronmikroskopi til at visualisere nanobody-spike-grænsefladen, viste, at de mest potente nanobodies blokerede spike-ACE2-interaktioner ved kraftigt at knytte sig direkte til spike-RBD'erne. Disse nanobodies fungerer lidt som en kappe, der dækker RBD-"nøglen" og forhindrer den i at blive indsat i en ACE2-"lås".

Med disse resultater i hånden manglede forskerne stadig at demonstrere, at disse nanostoffer kunne forhindre den rigtige virus i at inficere celler. Veronica Rezelj, ph.d., en virolog i laboratoriet hos Marco Vignuzzi, ph.d., ved Institut Pasteur i Paris, testede de tre mest lovende nanobodies mod levende SARS-CoV-2 og fandt, at nanostofferne var ekstraordinært potente og forhindrede infektion selv ved ekstremt lave doser.

Den mest potente af disse nanobodies fungerer imidlertid ikke kun som en kappe over RBD'er, men også som en molekylær musefælde, der spænder fast på spidsen i sin lukkede, inaktive tilstand, hvilket tilføjer et ekstra lag af beskyttelse mod spike-ACE2-interaktioner, der fører til infektion.

Fra Nanobodies til AeroNabs

Forskerne konstruerede derefter denne dobbeltvirkende nanobody på en række måder for at gøre den til et endnu mere potent antivir alt middel. I et sæt eksperimenter muterede de hver eneste af aminosyrebyggestenene i nanokroppen, der kontakter spike, for at opdage to specifikke ændringer, der gav en 500-fold stigning i styrke.

I et separat sæt eksperimenter konstruerede de en molekylær kæde, der kunne binde tre nanokroppe sammen. Som nævnt har hvert spikeprotein tre RBD'er, hvoraf enhver kan binde sig til ACE2 for at give viruset adgang til cellen. Den forbundne tredobbelte nanobody udtænkt af forskerne sikrede, at hvis en nanobody knytter sig til en RBD, ville de to andre binde sig til de resterende RBD'er. De fandt ud af, at denne tredobbelte nanobody er 200.000 gange mere potent end en enkelt nanobody alene.

Og da de trak på resultaterne af begge modifikationer, og kædede tre af de kraftige muterede nanobodies sammen, var resultaterne "uden for hitlisterne," sagde W alter. "Den var så effektiv, at den oversteg vores evne til at måle dens styrke."

Ville være let at administrere som en aerosol

Denne ultrapotente tredelte nanobody-konstruktion dannede grundlaget for AeroNabs.

I et sidste sæt eksperimenter satte forskerne de tredelte nanobodies gennem en række stresstests, udsatte dem for høje temperaturer, forvandlede dem til et holdbart pulver og lavede en aerosol. Hver af disse processer er meget skadelige for de fleste proteiner, men forskerne bekræftede, at takket være den iboende stabilitet af nanostoffer var der intet tab af antiviral styrke i den aerosoliserede form, hvilket tyder på, at AeroNabs er et potent SARS-CoV-2 antivir alt middel. kunne være praktisk at administrere via en holdbar inhalator eller næsespray.

"Vi er ikke alene om at tro, at AeroNabs er en bemærkelsesværdig teknologi," sagde Manglik. "Vores team er i løbende diskussioner med potentielle kommercielle partnere, som er interesserede i at fremstille og distribuere AeroNabs, og vi håber at påbegynde forsøg på mennesker snart. Hvis AeroNabs viser sig så effektive, som vi forventer, kan de hjælpe med at omforme pandemiens forløb på verdensplan."

Forfattere: Yderligere forfattere omfatter Bryan Faust, Reuben A. Saunders, Smriti Sangwan, Nick Hoppe, Morgane Boone, Christian Bache Billesbølle, Marcell Zimanyi, Ishan Deshpande, Jiahao Liang, Aditya A. Anand, Niv Dobzinski, Beth Shoshana Zha, Benjamin Barsi-Rhyne, Vladislav Belyy, Silke Nock og Yuwei Liu fra UCSF; Camille R. Simoneau, Kristoffer Leon, Nevan J. Krogan, Danielle L. Swaney og Melanie Ott fra UCSF Quantitative Biosciences Institute (QBI) og J. David Gladstone Institutes; Andrew W. Barile-Hill fra Cytiva Life Sciences; Sayan Gupta og Corie Y. Ralston fra Lawrence Berkeley National Laboratory; Kris M White og Adolfo García-Sastre fra Icahn School of Medicine ved Sinai-bjerget; og QBI Coronavirus Research Group Structural Biology Consortium. Schoof, Faust, Saunders, Sangwan og Rezelj er de første forfattere af manuskriptet.

Funding: Dette arbejde blev støttet af UCSF COVID-19 Response Fund, et tilskud fra Allen & Company og tilhængere af UCSF Program for Breakthrough Biomedical Research (PBBR), som er etableret med støtte fra Sandler Fonden. Anden støtte omfattede National Institutes of He alth (NIH) tilskud DP5OD023048, S10OD020054, S10OD021741, 1R01GM126218; Laboratoire d'Excellence bevilling ANR-10-LABX-62-IBEID; URGENCE COVID-19 Institut Pasteur-indsamlingskampagnen; Office of Science og Office of Biological and Environmental Research i U. S. Department of Energy under kontrakt DE-AC02-05CH11231; et Helen Hay Whitney postdoc-stipendium; Alfred Benzon Fonden; en gave fra Roddenberry Foundation; Howard Hughes Medical Institute; Pew Charitable Trusts; Esther A. & Joseph Klingenstein-fonden; og Searle Scholars Program.

Oplysninger: Schoof, Faust, Saunders, Hoppe, W alter og Manglik er opfindere på et foreløbigt patent, der beskriver anti-Spike nanobodies beskrevet i manuskriptet.

Populært emne.

Trends

Populær for måneden

  • 20 procent flere træer i megabyer ville betyde renere luft og vand, lavere kulstof- og energiforbrug

    Plantering af 20 procent flere træer i vores megabyer ville fordoble fordelene ved byskove, såsom forureningsreduktion, kulstofbinding og energireduktion, ifølge en undersøgelse i Ecological Modeling. Forfatterne af undersøgelsen, som blev udført på Parthenope Universitet i Napoli i Italien, siger, at byplanlæggere, beboere og andre interessenter bør begynde at lede i byerne efter naturressourcer og bevare naturen i vores byområder ved at plante flere træer.

  • NOAA: 2017 var det tredje varmeste år nogensinde i verden: NOAA, NASA-forskere bekræfter, at jordens langsigtede opvarmningstendens fortsætter

    Efter tre år i træk med rekordhøje temperaturer for kloden var Jorden en lidt køligere planet i 2017. Men ikke meget. Jordens globale gennemsnitlige temperatur for 2017 gjorde det til det tredjevarmeste år i NOAA's 138-årige klimarekord, efter 2016 (varmeste) og 2015 (næstvarmeste).

  • Langsigtet opvarmningstendens fortsatte i 2017: NASA, NOAA

    Jordens globale overfladetemperaturer i 2017 rangeret som de næstvarmeste siden 1880 ifølge en analyse fra NASA. For at fortsætte planetens langsigtede opvarmningstrend var de globale gennemsnitlige temperaturer i 2017 1,62 grader Fahrenheit (0,90 grader Celsius) varmere end gennemsnittet fra 1951 til 1980, ifølge forskere ved NASA's Goddard Institute for Space Studies (GISS) i New York.

  • Midlertidige 'badekarafløb' i havkoncentratfloden

    Et eksperiment med den største flotille af sensorer, der nogensinde er udsat i et enkelt område, giver ny indsigt i, hvordan havaffald, eller flotsam, bevæger sig på havets overflade. Eksperimentet udført i Den Mexicanske Golf nær stedet for Deepwater Horizon-olieudslippet placerede hundredvis af drivende sensorer for at observere, hvordan materiale bevæger sig på havets overflade.

  • Kødædere af dyr kunne være vores magtfulde allierede

    Kødædende dyr, der lever i og omkring menneskers beboelse, er i tilbagegang med en hidtil uset hastighed - men de kan give afgørende fordele for menneskelige samfund. En international gennemgang ledet af forskere fra University of Queensland har afsløret, at rovdyr og ådselædere lige fra flagermus til leoparder og gribbe er værdifulde for menneskers sundhed og velvære.

  • Jaghunde som mulige vektorer for infektionssygdommen tularaemia

    Tulariæmi er en smitsom bakteriesygdom, der er livstruende for gnavere, kaniner og harer, men som også kan smitte mennesker og hunde. Mens kontakt med forurenet blod eller kød gør jægere til en højrisikogruppe, er hyppigheden af infektioner blandt jagthunde ikke blevet undersøgt meget.

  • Hvordan planter ser lys

    Proteinerne PCH1 og PCHL hjælper planterne med at tilpasse sig deres omgivelser. Planter reagerer følsomt på ændringer i deres omgivelser og besidder evnen til at tilpasse sig dem. De bruger fotoreceptorproteinet phytochrom B til at se lys og regulerer derefter processer som frøspiring, kimplanteudvikling, langsgående vækst og blomsterdannelse.

  • En overlevelseslektion fra flagermus: At spise variation får arterne til at formere sig

    Kost er en vigtig faktor, der påvirker alle arters overlevelse og udvikling. Mange undersøgelser har vist, at når arter udvikler sig fra at være et rovdyr eller insektæder til at være vegetar, stiger hastigheden, hvormed nye arter opstår. Men en ny undersøgelse offentliggjort i Ecology Letters afslører, at altædende New World noctilionoid flagermus, de arter med diæter, der omfatter både plante- og animalske materialer, producerer flere generationer i det lange løb end speciali

  • Pentagon bygget med mineraliserede mikrober, der går forud for dinosaurer

    En ny undersøgelse ledet af The Australian National University (ANU) har fundet ud af, at nogle af byggestenene i Pentagon og Empire State Building blev lavet af mikrober, der levede for op til 340 millioner år siden, før dinosaurerne. Materialet, kendt som oolitisk kalksten, er et populært byggemateriale over hele verden og er næsten fuldstændigt lavet af millimeterstore kugler af karbonat kaldet ooider.

  • Klimaændringer forbundet med flere blomstrende skove

    Ny forskning fra en videnskabsmand fra Florida State University har afsløret et overraskende forhold mellem stigende atmosfærisk kuldioxid og blomsteropblomstringer i en fjerntliggende tropisk skov. FSU-forskere, der studerede de rige tropiske skove på Panamas Barro Colorado-ø, fandt ud af, at stigningen i kuldioxid har sat scenen for en stigning i flere årtier i den samlede blomsterproduktion.

  • Bylys sætter fælder for trækfugle: Hvordan fugle bliver tiltrukket af kunstig lysforurening i byområder

    På deres efterårstræk sydpå på den nordlige halvkugle bliver snesevis af fugle lokket af kunstig lysforurening ind i byområder, der kan være en økologisk fælde, ifølge University of Delawares Jeff Buler. Buler, lektor i UD's Department of Entomology and Wildlife Ecology, og hans forskerhold brugte 16 vejrovervågningsradarer fra det nordøstlige USA over en syvårig periode til at kortlægge fordelingen af trækfugle under deres efterårsstop.

  • Kan det tage år fra dit liv at være for social?

    Store jordegern kaldet gulbugede murmeldyr lever i gennemsnit meget længere, hvis de er mindre sociale og mere isolerede, end hvis de er mere sociale og mindre isolerede, har en UCLA-ledet langtidsundersøgelse fundet. Et team af biologer studerede 66 voksne hunmurmeldyr fra 2002 til 2015 på Rocky Mountain Biological Laboratory i det vestlige Colorado.

  • Radioaktivitet fra olie- og gasspildevand fortsætter i Pennsylvania-strømsedimenter: Radioaktivitet i sedimenter på tre deponeringssteder målt 650 gange højere end norm alt

    Mere end syv år efter embedsmænd i Pennsylvania anmodede om, at bortskaffelsen af radiumfyldt fracking-spildevand i overfladevand begrænses, viser en ny Duke University-undersøgelse, at høje niveauer af radioaktivitet fortsætter i strømsedimenter på tre deponeringssteder.

  • Celler, der mangler kerner, kæmper for at bevæge sig i 3D-miljøer

    Forskere fra University of North Carolina Lineberger Comprehensive Cancer Center har afsløret nye detaljer om, hvordan kernens fysiske egenskaber påvirker, hvordan celler kan bevæge sig rundt i forskellige miljøer - såsom "blødt" væv som hjerne og fedt eller "

  • Bybende undersøgelse viser, hvordan planter mærker verden: Denne forståelse kan hjælpe kommercielle afgrøder til at modstå patogener og tørke

    Planter mangler øjne og ører, men de kan stadig se, høre, lugte og reagere på miljømæssige signaler og farer - især på virulente patogener. Det gør de ved hjælp af hundredvis af membranproteiner, der kan mærke mikrober eller andre belastninger.

  • Bio-fornybar proces kunne hjælpe ‘green’ plast

    Da John Wesley Hyatt patenterede den første industrielle plastik i 1869, var hans hensigt at skabe et alternativ til den elfenbensbro af elefanten, der blev brugt til at lave klavertangenter. Men denne tidlige plastik udløste også en revolution i den måde, folk tænkte på fremstilling:

  • Virus har vist sig at være en sandsynlig årsag til mystisk polio-lignende sygdom

    En større gennemgang af medicinske forskere fra UNSW Sydney har identificeret stærke beviser for, at en virus kaldet Enterovirus D68 er årsagen til en mystisk polio-lignende sygdom, der har lammet børn i USA, Canada og Europa. Undersøgelsen, af et hold ledet af UNSW professor Raina MacIntyre, direktør for NHMRC Center for Research Excellence in Epidemic Response, er offentliggjort i tidsskriftet Eurosurveillance.

  • Vacciner beskytter ikke opdrættede fisk mod sygdom

    Vaccinerne, der bruges af kommercielle fiskeopdrættere, beskytter ikke fisk mod sygdom, ifølge en ny undersøgelse. Undersøgelsen er udarbejdet af forskere ved University of Waterloo, det pavelige katolske universitet i Valparaiso og Chiles universitet i Valparaiso.

  • Varmetab fra Jordens indre udløser isskjold mod havet

    Grønlands indlandsis bliver mindre og mindre. Afsmeltningen sker med øget styrke og med en hastighed, som ingen modeller tidligere har forudsagt. I dag præsenterer forskere fra Arktisk Forskningscenter, Aarhus Universitet og Grønlands Naturinstitut i tidsskriftet Scientific Reports resultater, der for første gang viser, at den nordøstlige del af det dybe bundvand Grønlands fjorde bliver varmet op af varme, der gradvist tabes fra Jordens indre.

  • Hunkatte er mere tilbøjelige til at være højrehåndede, opdager forskere

    Forskere ved Queen's University Belfast har fundet ud af, at hunkatte er meget mere tilbøjelige til at bruge deres højre pote end hanner. Dr. Louise McDowell, Dr. Deborah Wells og professor Peter Hepper fra School of Psychology ved Queen's, rekrutterede 44 katte til undersøgelsen og fandt ud af, at selvom der ikke var nogen generel befolkningspræference som den menneskelige præference for højrehåndethed, var der en kønspræference.

Bedste anmeldelser for året