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吸入式纳米乳剂,抑制新冠病毒感染并减轻炎症反应
转载 发布时间:2024-01-15 浏览次数: 303 来源:

核心提示:该研究基于SARS-CoV-2-受体结合域(RBD)和ACE2复杂结构的突变氨基酸序列,理性设计了一系列ACE2-特异性结合肽。


  近日,四川大学华西药学院孙逊团队和广州医科大学第一附属医院赵金存团队合作,在 Advanced Materials 期刊发表了题为:ACE2 Receptor-Targeted Inhaled Nanoemulsions Inhibit SARS-CoV-2 and Attenuate Inflammatory Responses 的研究论文。

  该研究开发了一种吸入式纳米乳剂(NE)药物递送系统(NE-AYQ),使用该系统递送瑞德西韦(RDSV-NE-AYQ),可在两个维度上强烈抑制SARS-CoV-2,既在细胞表面抑制病毒与宿主细胞的结合,又能限制病毒在细胞内的复制。在小鼠急性肺损伤模型中,使用该系统递送抗炎药物(TPCA-1-NE-AYQ)可以显著减轻小鼠肺组织损伤。

  这种智能组合为应对未来可能发生的紧急情况以及治疗呼吸系统疾病的吸入药物的快速发展提供了新的选择。


  瑞德西韦是首个被批准用于治疗COVID-19重症患者的抗病毒药物。然而,瑞德西韦只能通过静脉注射给药,存在多种缺点,包括需要大剂量、多次给药,导致肝酶升高(32.1%)和肾损伤(14.4%)等不良反应,以及注射给药带来的患者依从性差和价格昂贵。此外,系统注射的瑞德西韦缺乏必要的肺靶向性,导致其在肺组织中的保留较差,对提高患者生存率的疗效有限。

  既往研究表明,在静脉注射瑞德西韦(20 mg/kg剂量)后2小时,小鼠肺中仅观察到约4 μM的瑞德西韦及其代谢产物,其在肝脏和肾脏中的暴露约为肺中的1000倍。特异性中和抗体直接作用于病毒,具有预防和治疗的双重作用,也是最具潜力的抗病毒药物之一。然而,它们对细胞的渗透性较差,因此无法有效清除细胞内的病毒。此外,目前的中和抗体对突变病毒株的疗效有限。

  另一种抗SARS-CoV-2策略是关注受影响的宿主细胞,而不仅仅是病毒本身。SARS-CoV-2通过结合在气道上皮细胞上高表达的ACE2来感染宿主细胞。此外,SARS-CoV-2还结合单核细胞和巨噬细胞,从而激活炎症反应,这可能进一步促进ACE2表达并促进病毒感染。在此思路下,已经报道了多种治疗方法来阻断ACE2受体和SARS-CoV-2的刺突蛋白(S蛋白) 之间的相互作用。这些竞争性结合剂也将有助于缓解炎症导致的ACE2表达上调。然而,由于制备过程复杂且难以大规模生产,这些基于蛋白质竞争性结合的方法大多难以实现临床转化。

  肽类和基于肽的抑制剂因其良好的稳定性、低剂量、易于质量控制、特异性强和高生物活性而越来越受到关注。基于已知的病毒蛋白结构及其细胞靶点,可以对抗病毒肽进行合理设计和优化。所得到的肽类可能对各自的靶点和特定的病毒病原体具有高度的特异性,或者具有广泛的抗病毒活性。肽类药物的开发过程通常比小分子药物短。因此,将新型肽与小分子药物相结合有望成为开发特异性抗冠状病毒药物的有前途的选择。

  该研究基于SARS-CoV-2-受体结合域(RBD)和ACE2复杂结构的突变氨基酸序列,理性设计了一系列ACE2-特异性结合肽。基于蛋白质的理性设计具有成本低、无需构建文库、筛选时间短等优点,仅需筛选少量肽段即可获得高活性的肽段。

  将抗病毒药物靶向递送到肺组织中对于SARS-CoV-2的防控具有重要作用,因为肺部给药可以最大化局部肺组织浓度,避免全身毒性,并提高患者的依从性。此外,该策略可以早期治疗上呼吸道感染,从而防止免疫病理过程和病毒向下呼吸道和其他组织器官的传播。与全身系统注射相比,肺部给药将有助于避免疼痛感和针头引起的损伤,从而提高患者的依从性。与口服给药相比,肺部给药可以帮助避免潜在的胃肠道副作用,并提高药物的生物利用度。还有多项研究表明,肺部给药可以增强抗病毒疗效。

  在这项研究中,研究团队创新性地构建了一种气雾吸入剂,以更好地治疗COVID-19。研究团队利用“理性设计”构建了含万余种多肽的肽库,优化筛选得到与ACE2受体具有高亲和性的多肽序列,从中确定了具有最佳抗病毒活性的多肽——AYQ。并使用该多肽修饰构建了能靶向ACE2受体的瑞德西韦纳米乳剂——RDSV-NE-AYQ,显著增加了瑞德西韦的活性代谢物GS-441524在肺内的停留时间和保留时间,而NE-AYQ通过与宿主细胞上的ACE2受体结合,抑制了病毒进入宿主细胞。

  该制剂在吸入3h后肺组织中活性药物浓度是原研静脉给药组的5000倍,奥密克戎毒株攻毒实验中,肺组织中病毒滴度和炎症反应显著降低。


  吸入式RDSV-NE-AYQ的示意图

  RDSV-NE-AYQ在两个维度上对SARS-CoV-2具有强抑制作用:它们不仅在细胞表面阻断病毒与宿主细胞的结合,而且还限制了病毒在细胞内的复制。此外,在急性肺损伤小鼠模型中,负载抗炎药物的吸入式药物递送系统(TPCA-1-NE-AYQ)可以显著减轻小鼠的肺组织损伤。值得一提的是,纳米乳剂(NE)采用的是已被美国FDA批准用的配方,具有制备简单、安全性好和临床转化潜力大等优点。

  这种巧妙的组合为应对未来可能出现的新型冠状病毒和快速开发治疗呼吸系统疾病的吸入药物提供了新选择。

  论文链接:

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202311537

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