Согласно новому исследованию, жевательная резинка с добавлением растительного белка служит «ловушкой» для вируса SARS-CoV-2 , снижая вирусную нагрузку в слюне и потенциально сдерживая передачу.
Работа, возглавляемая Генри Даниэлем из Школы стоматологической медицины Пенна и выполняемая в сотрудничестве с учеными из Школы медицины Перельмана и Школы ветеринарной медицины, а также из Института Вистар и Фраунгофера, США, может привести к созданию недорогого инструмента в арсенале против пандемии COVID-19 . Их исследование было опубликовано в журнале Molecular Therapy.
Предотвращение передачи вируса
«SARS-CoV-2 реплицируется в слюнных железах, и мы знаем, что, когда инфицированный чихает, кашляет или говорит, часть этого вируса может быть изгнана и достигнута другими», — говорит Даниэлл. «Эта жевательная резинка дает нам возможность нейтрализовать вирус в слюне, давая нам простой способ сократить источник передачи болезни».
Вакцинация от COVID-19 помогла изменить ход пандемии, но не искоренила передачу. Даже полностью вакцинированные люди могут заразиться SARS-CoV-2 и, согласно недавним исследованиям, могут нести вирусную нагрузку, аналогичную невакцинированным.
При измерении вирусной нагрузки с использованием микропузырьков жевательная резинка, пропитанная белком ACE2, вызвала снижение количества вируса в образцах, взятых у пациентов с COVID-19. Предоставлено: любезно предоставлено исследователями.
До пандемии Даниэлл изучал белок ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) в контексте лечения гипертонии. В его лаборатории был выращен этот белок, а также многие другие, которые могут иметь терапевтический потенциал, с использованием запатентованной производственной системы на растительной основе . Бомбардируя растительный материал ДНК целевых белков, они уговаривают хлоропласты растений захватить ДНК и начать рост белков. Растительный материал, лиофилизированный и измельченный, можно использовать как средство доставки белка. Эта система может избежать обычных препятствий на пути синтеза белковых лекарств, а именно дорогостоящего процесса производства и очистки.
Прошлая работа Даниэля над ACE2 оказалась удачной в контексте пандемии COVID-19. Рецептор ACE2 на клетках человека также связывает спайковый белок SARS-CoV-2. Другие исследовательские группы показали, что инъекции ACE2 могут снизить вирусную нагрузку у людей с тяжелыми инфекциями.
Между тем, другое направление работы Даниэля и коллеги по стоматологической медицине Пенна Хёна (Мишеля) Ку включало исследование по разработке жевательной резинки, содержащей растительные белки, для разрушения зубного налета . Сопоставляя свои идеи об ACE2 с этой технологией, Даниэлл задался вопросом, может ли такая жевательная резинка, наполненная растительными белками ACE2, нейтрализовать SARS-CoV-2 в полости рта.
Чтобы выяснить это, он обратился к Рональду Коллману из Penn Medicine, вирусологу и врачу-пульмонологу и специалисту по реанимации, чья команда с ранних стадий пандемии собирала кровь, мазки из носа, слюну и другие биопробы у пациентов с COVID для исследования. научное исследование.
Генри Дэниелл и его коллеги из Penn Dental Medicine использовали платформу для производства протеиновых препаратов на растительной основе для выращивания протеина ACE2, который затем вводили в жевательную резинку. Блокируя рецептор ACE2 или связываясь со спайковым белком SARS-CoV-2, ACE2 в жевательной резинке, по-видимому, способен уменьшать проникновение вируса в клетки. Предоставлено: любезно предоставлено исследователями.
«Генри связался со мной и спросил, есть ли у нас образцы для проверки его подхода, какие образцы подходят для тестирования, и можем ли мы внутренне проверить уровень вируса SARS-CoV-2 в образцах слюны», — говорит Коллман. «Это привело к межшкольному сотрудничеству, основанному на наших исследованиях микробиома».
Нейтрализация SARS-CoV-2
Чтобы протестировать жевательную резинку, команда вырастила ACE2 в растениях в сочетании с другим соединением, которое позволяет белку преодолевать барьеры слизистой оболочки и облегчает связывание, и включила полученный растительный материал в таблетки жевательной резинки со вкусом корицы. Инкубируя образцы, полученные из мазков из носоглотки от COVID-положительных пациентов с деснами, они показали, что присутствующий ACE2 может нейтрализовать вирусы SARS-CoV-2.
За этими первоначальными исследованиями последовали другие в институте Wistar и Penn Vet, в которых вирусы, менее патогенные, чем SARS-CoV-2, были модифицированы для экспрессии спайкового белка SARS-CoV-2.
Ученые заметили, что жевательная резинка в значительной степени предотвращает проникновение вирусов или вирусных частиц в клетки, либо блокируя рецептор ACE2 на клетках, либо связываясь непосредственно со спайковым белком.
Наконец, команда исследовала образцы слюны пациентов с COVID-19 на десну ACE2 и обнаружила, что уровни вирусной РНК упали настолько резко, что их практически невозможно обнаружить.
В настоящее время исследовательская группа работает над получением разрешения на проведение клинических испытаний, чтобы оценить, является ли подход безопасным и эффективным при тестировании на людях, инфицированных SARS-CoV-2.
«Подход Генри к получению белков из растений и их пероральному применению недорогой и, надеюсь, масштабируемый; это действительно умно, — говорит Коллман.
Хотя исследование все еще находится на ранней стадии разработки, если клинические испытания докажут, что резинка безопасна и эффективна, ее можно назначить пациентам, чей инфекционный статус неизвестен, или даже для стоматологического осмотра, когда маски необходимо снять, чтобы уменьшить вероятность передачи вируса лицам, осуществляющим уход.
- «Мы уже используем маски и другие физические барьеры, чтобы снизить вероятность передачи инфекции», — говорит Даниэлл. «Эту жевательную резинку можно использовать как дополнительный инструмент в этой борьбе».
- Генри Даниэлл — заместитель председателя и профессор У. Д. Миллера кафедры фундаментальных и трансляционных наук Школы стоматологической медицины Пенсильванского университета.
- Рональд Коллман — профессор медицины и микробиологии и директор Пенсильванского центра исследований СПИДа Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете.
Исследование проводилось при поддержке Национальных институтов здравоохранения (гранты HL107904, HL109442, HL133191, HL137063 и AI070077), Содружества Пенсильвании, Школы ветеринарной медицины Пенсильванского университета за пилотную премию COVID-19, награды Mercatus Center, Пенсильванского государственного университета им. Центр точной медицины, Penn Health-Tech, Penn Center for Innovation and Precision Dentistry и программа NIH RADx.