Las vacunas siguen siendo el estándar de oro para la protección contra patógenos peligrosos, pero su desarrollo requiere un tiempo considerable y enormes recursos. Los virus que mutan rápidamente, como el SARS-CoV-2, pueden reducir su eficacia e incluso volverlos obsoletos.
Para abordar estas brechas, un equipo multiuniversitario dirigido por Vivek Kumar del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey está desarrollando una terapia de hidrogel que actúa como una primera línea de defensa contra virus y otras amenazas biológicas. Los péptidos que componen este gel evitan que virus como el SARS-CoV-2, que causa el COVID-19, se adhieran a las células y entren en ellas. Lo hacen uniéndose a un receptor particular del patógeno invasor y al mismo tiempo se agregan en una "máscara molecular" multicapa que amortigua su acción.
En el transcurso de su investigación, el equipo descubrió que la máscara molecular por sí sola prevenía las infecciones. La ventaja potencial de esta nueva tecnología, afirman, es su capacidad para combatir diversos patógenos y mutaciones de enfermedades.
"Es importante proteger a las personas en las fases iniciales de un brote", afirmó Kumar, profesor asociado de ingeniería biomédica. "Nuestro nuevo mecanismo también podría ayudar a los primeros intervinientes en primera línea, al personal militar que se encuentre con nuevos patógenos, a las personas en áreas remotas y de escasos recursos y a aquellos que no pueden recibir vacunas".
El objetivo a corto plazo es producir un spray nasal contra las infecciones transmitidas por el aire.
En un estudio publicado en la revista Nature Communications , el equipo describió cómo la máscara se une de forma no específica a su objetivo. Está compuesto de péptidos diseñados computacionalmente (cadenas de aminoácidos que forman proteínas) que se autoensamblan en hidrogeles fibrosos a nanoescala. En comparación, los anticuerpos producidos por las vacunas se dirigen a receptores particulares, como las vacunas de ARNm desarrolladas durante la pandemia, que se unen a proteínas específicas en el pico del SARS-CoV-2.
El descubrimiento del equipo surgió de una investigación realizada al comienzo de la pandemia sobre nuevos enfoques para evitar que el virus invada las células. El diseño inicial, que incluía péptidos dirigidos al pico de SARS-CoV-2, analizó dominios muy específicos. Sin embargo, los geles peptídicos no específicos que también diseñaron formaron una fibra multicapa encima del virus.
El grupo ha postulado que las cargas negativas de las fibras interactúan con proteínas con cargas diferentes en la superficie viral, enmascarándolas y evitando así que interactúen con las células nativas.
Respecto a la máscara de proteína no específica, Kumar señaló:"Forma una estructura más grande y se une mejor que una sola molécula. Si bien no tiene una especificidad alta, puede autoensamblarse y permanecer en el objetivo por más tiempo, formando una fibra". pegatina en la superficie que actúa como velcro molecular."
Y añadió:"El objetivo sería un agente tópico que se una al virus. En el caso del SARS-CoV-2, lo rociaríamos en la nariz, que es un sitio importante de infección, tal vez incluso de forma profiláctica". P>
El equipo primero probó las fibras contra una serie de virus mediante simulaciones por computadora que emplearon potentes tarjetas gráficas NVIDIA, que se usan comúnmente en juegos competitivos. Posteriormente realizaron pruebas de seguridad exitosas con ratones y ratas, utilizando inyecciones y aerosoles nasales, dijo Joseph Dodd-o, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Kumar que realizó gran parte de la investigación sobre la terapia junto con Abhishek Roy, también Ph.D. alumno. La terapia inhibió las variantes alfa y ómicrón del SARS-CoV-2 in vitro y duró un día sin dañar a los animales en las pruebas in vivo.
Kumar ha desarrollado hidrogeles para diversas aplicaciones terapéuticas. Su mecanismo de administración es personalizable y está compuesto por hebras de péptidos similares a Lego con un agente bioactivo adherido a un extremo que puede sobrevivir en el cuerpo durante semanas e incluso meses, mientras que otros biomateriales se degradan rápidamente. Sus enlaces de autoensamblaje están diseñados para ser más fuertes que las fuerzas de dispersión del cuerpo; forma fibras estables, sin signos de inducir inflamación.
El hidrogel está diseñado para desencadenar diferentes respuestas biológicas según la carga útil adjunta. El laboratorio de Kumar ha publicado investigaciones sobre aplicaciones que van desde terapias para estimular o prevenir la creación de nuevas redes de vasos sanguíneos, hasta reducir la inflamación y combatir los microbios.
"En este caso, utilizamos cargas eléctricas que interactúan con el patógeno para alterarlo", afirmó Kumar.
"Todavía estamos tratando de determinar cómo interactúan las fibras:¿es este un modo de acción mecánico? Los patógenos resistentes a los medicamentos mutan alrededor de moduladores bioquímicos, pero ¿es menos probable que muten alrededor de una lanza mecánica? Al comprender esta interacción fundamental, queremos descubre cómo usarlo contra diferentes enfermedades."
En nuevos estudios, el laboratorio está probando la terapia contra bacterias y hongos resistentes a los medicamentos.
Los miembros del equipo aportan experiencia variada:diseño computacional en la Universidad de Illinois en Chicago; capacidades bioanalíticas en Georgia Tech y Baylor School of Medicine; estudios de virología en la Universidad de Rutgers; y experiencia en plataformas, análisis y ensayos en NJIT.
Más información: Joseph Dodd-o et al, Fibrillas antivirales de péptidos autoensamblados con composiciones ajustables, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45193-3
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey
