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Nanopolymer di polylysine di Hyperbranched come vasto-spettro potenziale antivirale contro SARS-CoV-2

La pandemia di malattia di coronavirus (COVID-19) causata dal coronavirus 2 (SARS-CoV-2) di sindrome respiratorio acuto severo ha creato una necessità di sviluppare i antivirals novelli di vasto-spettro che sono efficaci contro le varianti esistenti ed evolventesi.

Studio: Efficace attività antivirale SARS-CoV-2 dei nanopolymers hyperbranched di polylysine. Credito di immagine: Mongkolchon Akesin/ShutterstockStudio: Efficace attività antivirale SARS-CoV-2 dei nanopolymers hyperbranched di polylysine. Credito di immagine: Mongkolchon Akesin/Shutterstock

Polylysines possiede un'alta carica positiva con una struttura polimerica lineare e più presto è stato riferito per inibire la replica del HIV-1 e dei virus di influenza A. Lo studio recentemente pubblicato nel giornale Nanoscale tenta di studiare l'attività antivirale dei nanopolymers hyperbranched di polylysine contro SARS-CoV-2.

Sintesi e struttura dei nanopolymers hyperbranched di polylysine

I polimeri di Hyperbranched (HP) sono macromolecole che sono molto ramificate e caratterizzate dalla struttura e dalla ramificazione irregolari. HP ha sintetizzato dagli amminoacidi ha la migliori solubilità, biocompatibilità e stabilità una volta confrontato a HP da altri precursori.

Nello studio presente, le nanoparticelle di polylysine di Hyperbranched (HPNs) sono state sintetizzate tramite polimerizzazione termica di L-lisina da solo o in presenza di acido borico (HBO33) come catalizzatore. Il nanopolymer sintetizzato facendo uso di L-lisina e di acido borico è stato usato per lo svolgimento dello studio.

La struttura del HPNs poi è stata analizzata facendo uso della spettroscopia in situ di FTIR, che ha suggerito che il HPNs fosse fatto delle nanoparticelle sferiche con le dimensioni nell'ordine di 200-300 nanometro e che possono essere disperse nel solvente del solfossido dimetilico e (DMSO) dell'acqua. Gli spettri di assorbimento di UV-Forza di HPNs hanno indicato che presentano i beni della fluorescenza quale può essere utilizzato per svolgere gli studi bioimaging per capire le loro interazioni all'interno della cella.  

Citotossicità bassa della mostra di HPNs

Il HPNs è stato valutato per citotossicità ed il loro effetto antivirale contro SARS-CoV-2 facendo uso alle delle analisi basate a cella in vitro. Remedesivir, è la prima droga antivirale approvata da Food and Drug Administration contro SARS-CoV-2, è stato impiegato come la droga di controllo nello studio presente.

L'analisi standard di citotossicità di MTS determina la dose tossica delle sostanze valutando l'attuabilità delle celle. È stata usata per valutare la citotossicità di HPNs e per determinare la loro concentrazione citotossica 50% (CC)50.

Le celle di Vero E6 sono state esposte alle concentrazioni aumentanti di HPNs o di remdesivir ed il cc50 di HPNs è stato calcolato per essere > 500 μg ml-1, che era la dose elevata provata ed il cc50 di remdesivir era > 60 μg ml-1.

HPNs ha esibito la citotossicità bassa una volta confrontato a remdesivir. Era notevole che il remdesivir e HPNs hanno prodotto una simile perdita media di attuabilità delle cellule; tuttavia, la dose elevata a cui remdesivir ha prodotto l'effetto era otto volte di meno che quella di HPNs.

Attività antivirale della mostra di HPNs efficace    

L'attività antivirale di HPNs è stata provata esponendo le celle di Vero E6 alle varie concentrazioni di HPNs o del remdesivir della droga di controllo e poi infettandoli con SARS-CoV-2.

La replicazione virale in queste celle infettate poi è stata analizzata con quantificazione della nucleoproteina SARS-CoV-2 facendo uso di ELISA.

Gli effetti citopatici (CPE) sono cambiamenti nella struttura delle cellule ospiti dovuto le infezioni virali. L'aspetto delle celle distaccate dovuto da CBE indotta da virus egualmente è stato valutato facendo uso di microscopia leggera. I risultati hanno indicato che HPNs ha esibito l'attività antivirale con un valore inibitorio 50% (IC)50 di concentrazione 125 di μg ml-1 confrontato al remdesivir di controllo, che ha mostrato l'attività antivirale simile ai rapporti più iniziali con IC50 1,9 di μg ml−1.

Sopra esame delle morfologie delle cellule, è stato trovato che HPNs ha avuto due volte un effetto protettivo contro danno citopatico alla sua concentrazione50 di IC una volta indicato per riparare lo strato monomolecolare della cellula delle celle di Vero E6.

HPNs può produrre gli effetti antivirali nelle fasi differenti del ciclo di vita SARS-CoV-2

L'attività antivirale di HPNs è stata valutata eseguendo un trattamento, un pre-adsorbimento e le analisi a tempo pieno dell'post-adsorbimento. L'inibizione di replica SARS-CoV-2 è stata valutata misurando i livelli virali della proteina del nucleocapsid facendo uso di ELISA.

Il trattamento completo ha provocato l'inibizione completa di replicazione virale. Confrontato ai comandi non trattati, il trattamento dell'pre-adsorbimento ha provocato l'inibizione di 26% nella replicazione virale e c'era il trattamento dell'post-adsorbimento di inibizione di 72%. HPNs può esibire la loro attività antivirale agendo nelle fasi differenti del ciclo di vita virale. Egualmente è stato osservato che HPNs non ha mostrato alcun effetto citotossico sulle celle non infette in tutte le tre analisi.

Attività antivirale della mostra di HPNs penetrando le cellule ospiti

Lo studio ha tentato di esplorare la possibilità di HPNs che esibisce la loro attività antivirale durante la fase virale dell'post-entrata penetrando le cellule ospiti. Le celle di Vero E6 sono state incubate nei media della crescita che contengono due concentrazioni differenti di HPNs per sei e 24 ore e la fluorescenza risultante è stata misurata facendo uso di citometria a flusso.

È stato trovato che HPNs inserito efficientemente nelle celle agli entrambi punti di tempo ha studiato, alle concentrazioni che più presto avevano prodotto l'efficacia antivirale. Un assorbimento dipendente dalla dose di HPNs egualmente è stato osservato. Ulteriore localizzazione di HPNs dentro le celle egualmente è stata confermata impiegando il counterstain del blu di trypan per estiguere la fluorescenza fuori delle membrane cellulari.

L'interiorizzazione di HPNs dentro le celle egualmente è stata esaminata facendo uso di microscopia confocale. I punti verdi fluorescenti sono stati osservati nel citoplasma delle celle di Vero E6 che sono state incubate con 250 μg mL−1 di HPNs per 24 ore. La presenza di HPNs non è stata osservata nei nuclei delle celle. L'assorbimento di HPNs dalle celle di Vero E6 può accadere con il endocytosis che necessità di essere studiato più a fondo.

Meccanismi di attività antivirale da HPNs

Il meccanismo di attività antivirale di HPNs può essere dovuto la loro interazione elettrostatica con i virus o la loro struttura hyperbranched che offre un vantaggio per l'interazione con le proteine della punta su SARS-CoV-2.  Già è stato trovato che le molecole di polylysine con l'alta carica positiva inibiscono la replicazione virale con la loro interazione elettrostatica con i virus.

I risultati da questo studio suggeriscono che oltre ad esibire l'attività antivirale sul punto dell'entrata dei virus nelle cellule ospiti, HPNs possa anche inibire la replicazione virale ed il germogliamento mentre possono penetrare le cellule ospiti. Possono esercitare la loro attività antivirale agendo alle varie fasi del ciclo di vita SARS-CoV-2.

Journal reference:
  • Stagi, L. et al. (2021) "Effective SARS-CoV-2 antiviral activity of hyperbranched polylysine nanopolymers", Nanoscale. doi: 10.1039/d1nr03745e.
Dr. Maheswari Rajasekaran

Written by

Dr. Maheswari Rajasekaran

Maheswari started her science career with an undergraduate degree in Pharmacy and later went on to complete a master’s degree in Biotechnology in India. She then pursued a Ph.D. at the University of Arkansas for Medical Sciences in the USA.

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    Rajasekara, Maheswari. (2021, September 27). Nanopolymer di polylysine di Hyperbranched come vasto-spettro potenziale antivirale contro SARS-CoV-2. News-Medical. Retrieved on December 05, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20210927/Hyperbranched-polylysine-nanopolymer-as-potential-broad-spectrum-antiviral-against-SARS-CoV-2.aspx.

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