(COVID 19-Immagine Credit Public Domain).
I liposomi potrebbero essere gli eroi non celebrati della pandemia di COVID-19. Senza la protezione di queste vescicole microscopiche, i delicati filamenti di RNA messaggero (mRNA) che si trovano al centro dei vaccini Pfizer e Moderna COVID-19 verrebbero rapidamente distrutti dagli enzimi nel corpo, rendendo quasi impossibile la trasmissione delle loro istruzioni genetiche.
Ma la consegna del vaccino non è l’unico modo in cui queste particelle possono essere utilizzate nella battaglia contro COVID-19. In un nuovo studio, un team di ingegneri dell’Università della California, Berkeley, ha attaccato le proteine ”spike” SARS-CoV-2 alla superficie dei liposomi, creando imitazioni fatte in laboratorio del virus mortale che i ricercatori chiamano “spike-liposomes”. Questi spike-lipsomi possono essere utilizzati per testare l’efficacia degli anticorpi neutralizzanti che potrebbero essere potenzialmente utilizzati per trattare i pazienti COVID-19.
Gli ingegneri della UC Berkeley hanno attaccato le proteine ”spike” SARS-CoV-2 alla superficie dei liposomi, creando imitazioni fatte in laboratorio del virus mortale chiamato “liposomi punta”, che, se abbinato a una nuova tecnica di modellazione del DNA, potrebbe consentire un’efficace sperimentazione di terapie anticorpali. Questa immagine al microscopio della loro tecnica mostra che la miscelazione di liposomi spike (in alto a destra, etichettati con proteina fluorescente verde) con il recettore ACE2 (in basso in rosso, etichettati con proteina fluorescente rossa), si traduce in un composto di entrambe le proteine (a sinistra), indicando che il loro i liposomi spike si legano al recettore ACE2 allo stesso modo del virus SARS-CoV-2. Credito immagine: Molly Kozminsky
Lo studio dimostra anche come una nuova tecnica di modellazione del DNA, sviluppata dal team lo scorso anno, può aiutare gli scienziati a caratterizzare e condurre rapidamente esperimenti su una varietà di diversi tipi di liposomi e sui loro cugini, le nanoparticelle lipidiche.
“Le nanoparticelle lipidiche sono davvero rilevanti per una serie di applicazioni biomediche: sono state utilizzate nella somministrazione di farmaci per decenni e possono anche servire come modelli di virus che hanno membrane all’esterno, compresi i coronavirus“, ha affermato l’autore principale dello studio Molly Kozminsky, borsista post-dottorato presso il Sohn Research Lab dell’UC Berkeley. “In realtà abbiamo sviluppato questi liposomi spike perché volevamo testare un nuovo metodo diagnostico COVID-19 che stavamo sviluppando in laboratorio. Ma prima, avevamo bisogno di un modo per convalidare che queste particelle mostrassero correttamente la proteina spike di SARS-CoV-2 e ci siamo resi conto che la nostra tecnica di modellazione del DNA ci avrebbe permesso di fare questo e altri eccitanti esperimenti in un modo molto efficiente”.
I liposomi sono minuscoli vasi sferici costituiti da membrane lipidiche molto simili a quelle che racchiudono la maggior parte delle cellule biologiche. E, allo stesso modo in cui le membrane delle cellule biologiche sono punteggiate da una varietà di proteine che aiutano la cellula a interagire con il mondo esterno, i ricercatori hanno imparato ad attaccare diversi tipi di proteine nelle membrane dei liposomi, conferendo alle particelle diverse funzioni e capacità.
L’attenzione per i liposomi è stata più pronunciata nell’industria farmaceutica, dove i produttori di farmaci hanno sperimentato l’equipaggiamento di liposomi con proteine che interagiscono solo con cellule molto specifiche del corpo, consentendo loro di indirizzare la consegna di molecole di farmaco solo ai tessuti dove sono necessarie. Come sottolinea Kozminsky, i liposomi possono essere utilizzati anche per creare semplici modelli di virus e altri agenti patogeni che hanno membrane lipidiche, incluso SARS-CoV-2.
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Tuttavia, i ricercatori devono prima verificare che le proteine dei liposomi siano in grado di interagire correttamente con il loro ambiente. Ad esempio, la proteina spike SARS-CoV-2 si lega alle proteine delle cellule umane chiamate recettori ACE2, innescando una serie di eventi che consentono al virus di fondersi con la cellula.
“ Per gli spike-liposomi, volevamo assicurarci che la proteina spike che abbiamo messo sulla superficie del liposoma fosse nella configurazione corretta per consentirgli di legarsi ai recettori ACE2″, ha detto Kozminsky. “Se così fosse, allora il modo in cui questi spike-liposomi sono formulati probabilmente modellerebbe anche il modo in cui la proteina spike del virus SARS-CoV-2 interagisce con cellule, anticorpi e altre proteine”
La tecnologia di modellazione diretta del DNA sviluppata dal Sohn Lab può essere utilizzata per molti esperimenti relativi allo studio di SARS-CoV-2. Qui mostrato, il patterning diretto al DNA viene utilizzato per verificare se gli anticorpi neutralizzanti interferiscono con la capacità del recettore ACE di legarsi con i liposomi spike che sono stati creati utilizzando la proteina spike di due diverse varianti del virus SARS-CoV-2. Credito immagine: Molly Kozminsky
Kozminsky si rese conto che la tecnica di stampa del DNA, originariamente sviluppata dal Sohn Lab per “stampare” diversi tipi di cellule in modelli che modellano i tessuti biologici, poteva anche essere utilizzata per verificare rapidamente se gli spike-liposomi presentassero il SARS-CoV. -2 spike proteine correttamente.
“Sapevamo che dovevamo prima testare i liposomi e quando abbiamo esaminato tutti i modi in cui avremmo dovuto convalidare i liposomi, abbiamo scoperto che le tecniche erano alquanto ardue”, ha detto Kozminsky. “Ci siamo resi conto di quanto sarebbe stato più semplice utilizzare la nostra tecnologia di stampa basata sul DNA“.
Per condurre l’esperimento, Kozminsky ha stampato gli spike-liposomi su un vetrino e poi li ha etichettati con una proteina fluorescente verde. Ha poi lavato il vetrino con proteine del recettore ACE2 che erano state etichettate con una proteina fluorescente rossa. Quando ha ripreso l’immagine del vetrino, ha scoperto che la maggior parte di esso brillava di rosso, indicando che le proteine del recettore ACE2 si stavano legando ai liposomi a punta sul vetrino. Kozminsky ha quindi ripetuto l’esperimento con cellule che esprimono il recettore ACE2, dimostrando che anche loro erano in grado di legarsi con gli spike-liposomi.
Per mostrare come gli spike-liposomi potrebbero essere usati per testare l’efficacia dei trattamenti COVID-19, Kozminsky ha creato due diversi tipi di spike-liposomi, ognuno dei quali mostra una diversa variante della proteina spike SARS-CoV-2. Dopo aver utilizzato la stampa del DNA per modellarli su vetrini da microscopio, ha lavato i vetrini con tre diversi tipi di anticorpi neutralizzanti disponibili in commercio contro le varianti della proteina spike SARS-CoV-2. Ha quindi verificato se la presenza di questi anticorpi neutralizzanti impediva con successo alle proteine del recettore ACE2 di legarsi ai liposomi spike e ha scoperto che i risultati erano coerenti con quelli riportati dai produttori di anticorpi.
“La cosa davvero interessante di questa tecnica è che ha un rendimento molto elevato, il che significa che è possibile eseguire esperimenti utilizzando molte combinazioni diverse di liposomi contemporaneamente”, ha affermato l’autore senior dello studio Lydia Sohn, Almy C. Maynard e Agnes Offield Maynard Chair in Ingegneria Meccanica all’Università di Berkeley. “Quindi, ad esempio, le aziende farmaceutiche potrebbero utilizzare questa tecnica per testare molto rapidamente quali anticorpi funzioneranno in modo più efficace contro una particolare variante di SARS-CoV-2. Oppure, potrebbe essere utilizzato per lo screening di nuove proteine per la somministrazione mirata di farmaci, per assicurarsi che quella proteina colpisca particolari tipi di cellule nel corpo. Aggiunge davvero una nuova strategia per combattere questo virus”.
Fonte: UC Berkeley
