«Παγίδα»  – οριγκάμι για ιούς κατασκεύασαν επιστήμονες

Μέχρι τώρα, έχουμε αναπτύξει αντιβιοτικά κατά των επικίνδυνων βακτηρίων, αλλά λίγα «αντίδοτα» για τη θεραπεία λοιμώξεων από ιούς. Ορισμένες από τις ιογενείς λοιμώξεις μπορούν να προληφθούν με εμβολιασμό, αλλά η ανάπτυξη νέων εμβολίων είναι μακρά και δύσκολη διαδικασία.

Μια διεπιστημονική ερευνητική ομάδα από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) το Helmholtz Zentrum του Μονάχου και Πανεπιστήμιο Brandeis των ΗΠΑ το επιχειρεί τώρα να προσεγγίσει το πρόβλημα διαφορετικά: εγκλωβίζουν και εξουδετερώνουν τους ιούς με νανο-κάψουλες ειδικά φτιαγμένες από γενετικό υλικό DNA, με την τεχνική των … οριγκάμι. Η ομάδα έχει αναπτύξει νανοδομές από DNA, που μπορούν να παγιδεύσουν τους ιούς και να τους καταστήσουν αβλαβείς.

Η μέθοδος δοκιμάστηκε σε κυτταρικές καλλιέργειες στους ιούς της ηπατίτιδας και της οικογένειας των αδενοϊών, δημιουργώντας ελπίδες για την επιτυχία της και στους κοροναϊούς.

Νανοδομές DNA

Πριν εμφανιστούν οι νέες παραλλαγές του κοροναϊού, ο Hendrik Dietz, καθηγητής Βιομοριακής Νανοτεχνολογίας στο Τμήμα Φυσικής του Πολυτεχνείου του Μονάχου και η ομάδα του, ασχολούνταν με την κατασκευή συναρμολογούμενων αντικειμένων μεγέθους ιών.

Ήδη από το 1962, ο βιολόγος Donald Caspar και ο βιοφυσικός Aaron Klug είχαν ανακαλύψει τις γεωμετρικές αρχές σύμφωνα με τις οποίες κατασκευάζονται οι «πρωτεϊνικοί φάκελοι» (το περίβλημα) των ιών. Με βάση αυτές τις γεωμετρικές προδιαγραφές, η ομάδα του Hendrik Dietz στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου, υποστηριζόμενη από τους Seth Fraden και Michael Hagan από το Πανεπιστήμιο Brandeis στις ΗΠΑ, ανέπτυξε μια ιδέα που επέτρεψε την παραγωγή τεχνητών σωμάτων μεγέθους ιού, κενών στο εσωτερικό τους.

Το καλοκαίρι του 2019, η ομάδα διερωτήθηκε αν τέτοια κενά σώματα θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως ένα είδος «παγίδας ιών». Εάν υπήρχε μια εσωτερική επένδυση φτιαγμένη από μόρια που συνδέονται με ιούς, θα μπορούσαν να δεσμεύουν τους ιούς και να τους απομακρύνουν από την κυκλοφορία. Ταυτόχρονα όμως, τα κενά αυτά σώματα, θα έπρεπε επίσης να έχουν αρκετά μεγάλα ανοίγματα, ώστε οι ιοί να μπορούν να μπουν μέσα.

«Κανένα από τα αντικείμενα που είχαμε κατασκευάσει χρησιμοποιώντας τεχνολογία origami DNA εκείνη την εποχή δεν θα μπορούσε να ενσωματώσει ολόκληρο τον ιό – ήταν απλά πολύ μικρά. Η κατασκευή σταθερών κοίλων σωμάτων αυτού του μεγέθους ήταν μια τεράστια πρόκληση», επισημαίνει ο Hendrik Dietz.

Κιτ για «παγίδα» ιών

Ξεκινώντας από το βασικό γεωμετρικό σχήμα του εικοσάεδρου, όπου οι 20 επιφάνειες είναι τριγωνικές, η ομάδα αποφάσισε να κατασκευάσει τα κενά σώματα – «παγίδες» του ιού από τρισδιάστατες, τριγωνικές πλάκες. Για να συνδεθούν οι πλάκες DNA μεταξύ τους, σε μεγαλύτερες γεωμετρικές δομές, οι άκρες πρέπει να είναι ελαφρώς λοξές. Η σωστή επιλογή και τοποθέτηση των σημείων σύνδεσης στα άκρα διασφαλίζει ότι τα πάνελ αυτοσυναρμολογούνται και δημιουργούν τα επιθυμητά αντικείμενα.

«Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε τώρα να προγραμματίσουμε το σχήμα και το μέγεθος των επιθυμητών αντικειμένων χρησιμοποιώντας τις συγκεκριμένες τριγωνικές πλάκες που μπορεί να φτάσουν μέχρι και τις 180, και να πετύχουμε απόδοση ως και 95%. Παρόλα αυτά, η διαδρομή δεν ήταν εύκολη και είχε και πολλές επαναλήψεις», είπε ο Hendrik Dietz.

Οι ιοί «μπλοκάρονται» αξιόπιστα

Με την αλλαγή των σημείων σύνδεσης στις άκρες των τριγώνων, οι επιστήμονες της ομάδας όχι μόνο μπόρεσαν να δημιουργήσουν κλειστές άδειες σφαίρες, αλλά και σφαίρες με ανοίγματα ή μισά κελύφη. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως παγίδες ιών.

Σε συνεργασία με την ομάδα της καθηγήτριας Ulrike Protzer, επικεφαλής του Ινστιτούτου ιολογίας στο TUM και διευθύντριας του Ινστιτούτου ιολογίας στο Helmholtz Zentrum München, η ομάδα δοκίμασε τις «παγίδες» ιού, σε αδενοϊούς και σε πυρήνες του ιού της ηπατίτιδας Β.

«Ακόμα και ένα απλό μισό κέλυφος του σωστού μεγέθους, δείχνει μια μετρήσιμη μείωση της δραστηριότητας του ιού. Εάν βάλουμε πέντε σημεία σύνδεσης με κατάλληλα αντισώματα, μπορούμε ήδη να αποκλείσουμε τον ιό κατά 80 τοις εκατό, εάν ενσωματώσουμε περισσότερα, επιτυγχάνουμε πλήρη αποκλεισμό» σημείωσε ο Hendrik Dietz.

Για να μην αποδομηθούν αμέσως αυτά τα νανοσωματίδια DNA από τα σωματικά υγρά, η ομάδα ακτινοβόλησε τα τελικά δομικά στοιχεία με υπεριώδη ακτινοβολία και επεξεργάστηκε το εξωτερικό τους περίβλημα με πολυαιθυλενογλυκόλη και ολιγολυσίνη. Τα σωματίδια κρατήθηκαν σταθερά στο πλάσμα ποντικιών για 24 ώρες.

Μια «κατασκευαστική» αρχή

Τώρα το επόμενο βήμα είναι να δοκιμαστούν οι «παγίδες» αυτές σε ζωντανά ποντίκια – πειραματόζωα, αν και ο καθηγητής Ντίετζ εκτιμά ότι το υλικό αυτό, θα είναι ανεκτό και στο ανθρώπινο σώμα. Και επιπλέον μπορούν να κατασκευαστούν με ένα λογικό κόστος.

Η δημιουργία τους ανοίγει νέους δρόμους, αφού εκτός από «παγίδα» ιών, που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε νέους ιούς που αναδύονται, μπορεί να αποτελέσει φορέα αντιγόνων για ταυτόχρονους πολλαπλούς εμβολιασμούς ή ως «όχημα» για τη μεταφορά DNA ή RNA για την εφαρμογή γενετικών θεραπειών ή ως «όχημα» για την μεταφορά φαρμάκων.