Polmonite virale-Credito immagine: Shutterstock AI / Shutterstock.com
L’innovativa terapia con nanozimi inalabili è destinata a rivoluzionare il trattamento della polmonite virale, offrendo effetti ad ampio spettro e riducendo l’infiammazione.
Lo studio recentemente pubblicato sulla rivista Nature Materials, esamina lo sviluppo di un trattamento inalabile per la polmonite a base di nanozimi. Si chiamano NanoZimi e sono enzimi artificiali che potrebbero dare un aiuto importante nella lotta contro le infezioni resistenti agli antibiotici.
“La polmonite è una malattia onnipresente causata da infezioni virali e batteriche, caratterizzata da alti livelli di specie reattive dell’ossigeno nelle aree infiammate. Le strategie terapeutiche che mirano ai livelli di specie reattive dell’ossigeno nella polmonite hanno un successo limitato a causa della natura intricata dei tessuti polmonari e delle risposte infiammatorie polmonari. Qui descriviamo una piattaforma terapeutica inalabile e non invasiva composta da nanozimi di acido tannico a base di cerio ingegnerizzati legati a un peptide autoassemblante. Studi in vitro e in vivo mostrano che il nanozima viene internalizzato principalmente da macrofagi attivati e cellule epiteliali nei siti infiammati. Negli ambienti ossidativi di un modello murino di polmonite virale, il nanozima si aggrega in strutture cataliticamente attive che riducono i livelli di specie reattive dell’ossigeno e la produzione di citochine infiammatorie e promuovono la polarizzazione dei macrofagi al fenotipo prohealing (M2). Inoltre, il nanozima attenua l’infiammazione batterica e riduce il danno tissutale in un modello di polmonite virale murina con infezione batterica secondaria. Nel complesso, questa piattaforma nanozimica rappresenta una strategia promettente per il trattamento della polmonite e delle patologie ad essa associate”, spiegano gli autori.
Il peso globale della polmonite
Le stime attuali indicano che ogni anno vengono diagnosticati circa 200 milioni di casi di polmonite, con oltre due milioni di individui che soccombono a questa malattia nel 2022 in tutto il mondo. La polmonite virale, che è comune e altamente contagiosa, si manifesta dopo l’ingresso del virus nelle cellule, portando all’attivazione della nicotinamide adenina dinucleotide fosfato (NADPH) ossidasi 2 (Nox2).
L‘attività di Nox2 porta alla generazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), che è spesso accompagnata da una cascata di rilascio di citochine infiammatorie. Questa risposta infiammatoria può portare alla sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS), che può danneggiare il muscolo cardiaco e aumentare il rischio di insufficienza respiratoria.
Vari farmaci antivirali, tra cui analoghi della polimerasi dell’acido nucleico virale ad ampio spettro e quelli che prendono di mira le proteine dell’ospite, possono essere utilizzati per inibire la replicazione virale in questa forma di polmonite. Tuttavia, questi agenti potrebbero non essere efficaci contro virus nuovi ed emergenti, come evidente all’inizio della pandemia da COVID-19.
L’uso di enzimi naturali per eliminare le ROS nella polmonite ha ampiamente fallito a causa della topologia polmonare e delle risposte immunitarie infiammatorie che inattivano gli enzimi. Di conseguenza, i ricercatori hanno studiato il potenziale dei nanozimi che possono sostituire le loro controparti naturali.
I nanozimi sono stati esplorati per la loro utilità in molteplici disturbi infiammatori che colpiscono i sistemi neurologico e scheletrico, nonché in varie infezioni. I tradizionali nanozimi a base di cerio sono associati a una limitata biosicurezza, poiché le loro lunghe emivite consentono loro di persistere per almeno 28 giorni in condizioni acide.
Risultati in vitro
Lo studio attuale discute l’uso di nanozimi di acido tannico (CeTA) ingegnerizzati a base di cerio legati a un peptide autoassemblante GGKLVF in una formulazione nasale inalabile progettata per il trattamento della polmonite virale. Questa molecola, eTA-GGGKLVFF-tk-PEG, che è stata abbreviata in CeTA-K1tkP, è composta dal peptide CeTA e K1 con un linker tiochetale (tk) e polietilenglicole (PEG).
Rispetto ai tradizionali nanozimi CeO 2, circa il 70% di CeTA si scompone in 28 giorni a pH acido. Inoltre, CeTA rimane fisiologicamente stabile in molteplici condizioni ed è più sicuro per applicazioni terapeutiche. CeTA funziona in modo efficiente come enzima e spazzino dei radicali liberi di idrossile (OH) e superossido (O 2 –). Inoltre, CeTA mostra attività simile alla catalasi e alla superossido dismutasi (SOD) che aumenta in modo dose-dipendente.
La presenza di CeTA nelle cellule sottoposte a stress ossidativo ha portato a un’attenuazione dipendente dalla concentrazione dei ROS, proteggendo al contempo la vitalità cellulare e riducendo i livelli di fattori infiammatori in seguito alla stimolazione con lipopolisaccaride (LPS). Le cellule incubate con CeTA, anche ad alte concentrazioni, hanno mantenuto la vitalità, indicando così un’eccellente biocompatibilità.
Il peptide autoassemblante GGKLVFF-tk-PE forma aggregati in risposta a un ambiente ossidativo, come quello che si forma nel polmone umano e nelle cellule epiteliali bronchiali infiammate dall’esposizione a LPS. Il linker tk collega il peptide e la molecola PEG, con l’aggiunta del nanozima CeTA modificato che porta alla formazione di CeTA-K1tkP autoassemblante.
Risultati in vivo
Polmonite indotta da LPS
Nei topi con polmonite indotta da LPS, l’ambiente ricco di ROS ha portato all’accumulo di nanozima nelle aree infiammate, che ha successivamente indotto la sua attività enzimatica. Ciò ha attenuato con successo i livelli di ROS e ridotto il rilascio di citochine infiammatorie.
Polmonite virale influenzale A
Questi risultati sono stati convalidati in un modello murino di polmonite virale influenzale A, dimostrando così il suo effetto ad ampio spettro. I topi trattati con CeTA-K1tkP hanno sperimentato un efficace sollievo dall’infiammazione e una riduzione della carica virale.
Polmonite da virus Sendal
L‘efficacia del nanozima nell’alleviare l’infiammazione è stata ulteriormente dimostrata in un modello di polmonite da virus Sendal. In questo caso, l’omeostasi redox è stata ripristinata aumentando l’espressione del gene Nrf2, il principale regolatore del pathway antiossidante, impedendone così l’inibizione da stress ossidativo. Le simulazioni di docking molecolare e gli esperimenti di titolazione hanno dimostrato che CeTA-K1tkP si lega alle proteine di attacco cellulare sia del virus dell’influenza A che del virus Sendal.
NCeTA-K1tkP è stato fagocitato dai macrofagi attivati e dalle cellule epiteliali alveolari nei siti di infiammazione tracheale e polmonare. Ciò ha causato la transizione dell’attività dei macrofagi al fenotipo antinfiammatorio M2 e la modulazione dell’infiltrazione dei neutrofili. el complesso, questi cambiamenti indicano che CeTA-K1tkP può inibire il danno polmonare e i disturbi correlati al sistema immunitario dovuti all’infezione polmonare virale.
Polmonite virale complicata da infezione batterica secondaria
In un modello animale con polmonite virale complicata da infezione batterica secondaria, CeTA-K1tkP ha indebolito l’intensità dell’infiammazione, ridotto il rilascio di citochine, impedito il reclutamento dei neutrofili e promosso lo spostamento dei macrofagi M2. Poiché queste co-infezioni sono comunemente segnalate in contesti ospedalieri e complicano gli approcci terapeutici, questa promettente osservazione potrebbe avere un impatto significativo sulle future applicazioni cliniche.
In tutti i modelli non è stata osservata alcuna tossicità.
Come agisce il nanozima
Nei siti infiammati, la scissione del linker causa il rilascio di PEG, che forma aggregati proteici a foglietto beta dei peptidi. Il nanozima CeTA viene attivato, degradando così i ROS e riducendo l’infiammazione.
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Conclusioni
Nel complesso, questa piattaforma nanozimica rappresenta una strategia promettente per il trattamento della polmonite e delle patologie ad essa associate.
CeTA-K1tkP ha il potenziale per ridurre il danno tissutale infiammatorio in una varietà di infezioni e condizioni, tra cui COVID-19, sepsi, artrite ed enterite.
In futuro, altre nanoparticelle con proprietà catalitiche o terapeutiche, tra cui antibiotici, molecole immunoterapiche e ormoni, potrebbero sostituire i nanozimi CeTa in questa formulazione per migliorarne l’azione mirata e prevenire la tossicità dovuta ad effetti avversi.
Fonte: Nature Materials