Nanoobjetos huecos hechos de ADN podrían atrapar virus y volverlos inofensivos

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Hasta la fecha, no existen antídotos eficaces contra la mayoría de las infecciones por virus. Un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha desarrollado ahora un nuevo enfoque: incorporan y neutralizan virus con nanocápsulas hechas de material genético utilizando el método de origami de ADN. La estrategia ya ha sido probada contra hepatitis y virus adenoasociados en cultivos celulares. También puede resultar eficaz contra los virus corona.

Existen antibióticos contra bacterias peligrosas, pero pocos antídotos para tratar infecciones virales agudas. Algunas infecciones se pueden prevenir con la vacunación, pero el desarrollo de nuevas vacunas es un proceso largo y laborioso.

Ahora, un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad Técnica de Munich, Helmholtz Zentrum München y Brandeis University (EE. UU.) Propone una nueva estrategia para el tratamiento de las infecciones virales agudas: el equipo ha desarrollado nanoestructuras hechas de ADN, la sustancia que compone nuestro material genético, que puede atrapar virus y hacerlos inofensivos.

Nanoestructuras de ADN

Incluso antes de que la nueva variante del virus corona pusiera al mundo en suspenso, Hendrik Dietz, profesor de nanotecnología biomolecular en el departamento de física de la Universidad Técnica de Munich, y su equipo estaban trabajando en la construcción de objetos del tamaño de un virus que ellos mismos ensamblan.

En 1962, el biólogo Donald Caspar y el biofísico Aaron Klug descubrieron los principios geométricos mediante los cuales se construyen las envolturas proteicas de los virus. Sobre la base de estas especificaciones geométricas, el equipo de Hendrik Dietz en la Universidad Técnica de Munich, con el apoyo de Seth Fraden y Michael Hagan de la Universidad Brandeis en los Estados Unidos, desarrolló un concepto que hizo posible producir cuerpos huecos artificiales del tamaño de un virus.

En el verano de 2019, el equipo preguntó si esos cuerpos huecos también podrían usarse como una especie de “trampa de virus”. Si estuvieran recubiertos con moléculas que se unen a los virus en su interior, deberían poder unir los virus con fuerza y ​​así poder eliminarlos de la circulación. Sin embargo, para esto, los cuerpos huecos también deben tener aberturas suficientemente grandes a través de las cuales los virus puedan ingresar a las cáscaras.

“Ninguno de los objetos que habíamos construido usando la tecnología de origami de ADN en ese momento habría sido capaz de engullir un virus completo, simplemente eran demasiado pequeños”, dice Hendrik Dietz en retrospectiva. “Construir cuerpos huecos estables de este tamaño fue un gran desafío”.

El kit para una trampa viral

A partir de la forma geométrica básica del icosaedro, un objeto formado por 20 superficies triangulares, el equipo decidió construir los cuerpos huecos para la trampa de virus a partir de placas triangulares tridimensionales.

Para que las placas de ADN se ensamblen en estructuras geométricas más grandes, los bordes deben estar ligeramente redondeados. La elección y colocación correctas de los puntos de unión en los bordes aseguran que los paneles se autoensamblen a los objetos deseados.

“De esta manera, ahora podemos programar la forma y el tamaño de los objetos deseados utilizando la forma exacta de las placas triangulares”, dice Hendrik Dietz. “Ahora podemos producir objetos con hasta 180 subunidades y lograr rendimientos de hasta el 95 por ciento. Sin embargo, el camino fue bastante accidentado, con muchas iteraciones”.

Los virus se bloquean de forma fiable

Al variar los puntos de enlace en los bordes de los triángulos, los científicos del equipo no solo pueden crear esferas huecas cerradas, sino también esferas con aberturas o medias capas. A continuación, se pueden utilizar como trampas de virus.

En colaboración con el equipo de la profesora Ulrike Protzer, jefa del Instituto de Virología de TUM y directora del Instituto de Virología de Helmholtz Zentrum München, el equipo probó trampas virales en virus adenoasociados y en los núcleos del virus de la hepatitis B

“Incluso una simple media concha del tamaño correcto muestra una reducción medible en la actividad del virus”, dice Hendrik Dietz. “Si colocamos cinco sitios de unión para el virus adentro, por ejemplo anticuerpos adecuados, ya podemos bloquear el virus en un 80%, si incorporamos más, obtenemos el bloqueo completo”.

Para evitar que las partículas de ADN se degraden inmediatamente en los fluidos corporales, el equipo irradió los ladrillos terminados con luz ultravioleta y trató el exterior con polietilenglicol y oligolisina. Las partículas fueron luego estables en suero de ratón durante 24 horas.

Un principio constructivo universal

Ahora, el siguiente paso es probar los componentes básicos en ratones vivos. “Estamos muy seguros de que este material también será bien tolerado por el cuerpo humano”, dice Dietz.

“Las bacterias tienen un metabolismo. Podemos atacarlas de diferentes formas”, dice la profesora Ulrike Protzer. “Los virus, por otro lado, no tienen su propio metabolismo, por lo que los medicamentos antivirales casi siempre se dirigen contra una enzima específica en un solo virus. Tal desarrollo lleva tiempo. Si la idea de eliminar los virus de manera tan mecánica puede Sería consciente de que esto sería de amplia aplicación y, por lo tanto, un importante paso adelante, especialmente para los virus emergentes.

Los materiales de partida para trampas virales se pueden producir biotecnológicamente en masa a un costo razonable. “Además de la aplicación propuesta como trampa de virus, nuestro sistema programable también crea otras oportunidades”, dice Hendrik Dietz. “También sería concebible utilizarlo como vector de antígeno multivalente para vacunaciones, como vector de ADN o ARN para terapia génica o como vehículo de transporte de fármacos”.

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