Geluri de mucină sintetică împotriva transmiterii HIV-1 și HSV-2


Într-un studiu recent publicat în Științe avansate jurnal, cercetătorii au evaluat eficiența gelurilor de mucină sintetică în inhibarea transmiterii virusului imunodeficienței umane-1 (HIV-1) și virusului herpes simplex-2 (HSV-2).

Studiu: Gelurile de mucină sintetică cu proprietăți de auto-vindecare cresc lubrifierea și inhibă transmiterea HIV-1 și HSV-2. Credit imagine: Fotaro1965/Shutterstock

Studiile au arătat că infecțiile cu coronavirus 2 (SARS-CoV-2) cu sindrom respirator acut sever pot fi prevenite eficient de mucine într-o manieră dependentă de glican. Mai mult, biomaterialele de mucus sintetice bogate în mucină 5B (MUC5B) au mai mult succes în a conține infecția gripală A decât mucinele MUC5AC. În general, mucinele și materialele produse din mucine s-au dovedit a fi contribuitori importanți la prevenirea infecțiilor virale. Mucusul conține mucine și inhibitori virali, care se pot lega de viruși și îi împiedică să infecteze celulele epiteliale și să se răspândească.

Sinteza derivatelor BSM

În prezentul studiu, cercetătorii au folosit o varietate de tipuri de celule, inclusiv celule imune primare, pentru a determina dacă gelurile de mucină submandibulară bovină (BSM) au avut funcții „asemănătoare mucusului” în profilaxia HIV-1 și HSV-2.

Echipa a încorporat de fapt aldehide sau hidrazide în moleculele BSM. Atunci când sunt adăugate la o soluție, aldehidele și hidrazidele BSM rezultate pot crea legături dinamice de hidrazonă covalentă, rezultând în crearea gelurilor BSM. Pentru producerea derivaților BSM, a fost utilizată chimia de cuplare a hexafluorofosfatului de dimetilamino-morfolino-carbeniu (COMU) cu N,N-diizopropiletilamină (DIPEA). Baza împiedicată a servit ca captator de protoni mai degrabă decât să concureze cu amina ca nucleofil în prezența DIPEA datorită substituției nucleofile între aminele activate și acizi.

Cercetătorii au adăugat inițial 3-amino-1,2-propandiol la grupările carboxil active ale BSM pentru a crea derivați cis-diol ai BSM, care au fost apoi supuși oxidării cu periodat pentru a crea derivați aldehidici ai BSM. Spre deosebire de diolii vicinali pe glicozaminoglicani cu geometrie trans, diolii vicinali flexibili pe reziduurile de 3-amino-1,2-propandiol au permis oxidarea selectivă și eficientă, păstrând în același timp structura originală.

La fel ca amida I, vârful la 1647 cm-1 mutat la 1637 cm-1 (BSM nemodificat) si cel de la 1534 cm-1 mutat la 1542 cm-1 (BSM nemodificat) în comparație cu derivații cis-diol BSM, spectrele atenuate de reflectanță totală-infraroșu transformat Fourier (ATR-FTIR) ale derivaților BSM-aldehidă au fost în concordanță cu cele ale derivaților cis-diol BSM. Au fost utilizate teste periodice de acid pentru a valida sinteza Schiff pe bază de reactiv a derivaților BSM-aldehidă.

Folosind chimia de reticulare carbodihidrazidă (CDH)-hidrazonă, au fost produse geluri BSM. În comparație cu aldehida BSM și derivații de hidrazidă BSM, gelurile BSM au evidențiat două vârfuri suplimentare la 798 cm-1 și 1260 cm-1. În plus, pentru gelurile BSM, două vârfuri specifice hidrazidei la 3226 cm-1 și 3317 cm-1 Decolorat. Datele au indicat consumul de hidrazide, precum și formarea de legături de hidrazonă. Odată ce a fost exercitată o cantitate suficientă de stres, legăturile s-au rupt înainte de a se regenera. Cu ajutorul acestei chimie, au fost dezvoltate hidrogeluri cu calități de calmare a stresului și de autovindecare.

Geluri BSM formate din legături de hidrazonă

Folosind un reometru de forfecare comercial, echipa a studiat caracteristicile vâscoelastice ale gelurilor BSM, cum ar fi comportamentul gelului în regimul de răspuns liniar și calitățile de lichefiere și auto-vindecare ale gelurilor după ce au fost supuse unor constrângeri semnificative. Analizele de scanare în timp au demonstrat că au fost sintetizate geluri BSM stabile. Mai mult, la scurt timp după amestecare, modulul de elasticitate (G′) a atins o stare asemănătoare platoului la aproximativ 60 de secunde după ce a fost dominat de răspunsul materialului. Măsurările de frecvență au verificat apoi că gelurile au fost reticulate eficient și covalent, deoarece nu s-a observat o viscoelasticitate clară dependentă de frecvență în intervalul de frecvență testat.

În plus, observând un comportament puternic de slăbire a stresului, cuplat cu un comportament de auto-vindecare foarte eficient și rapid, echipa a ilustrat natura dinamică a gelurilor BSM formate din legături covalente de hidrazonă. Acest mecanism de auto-vindecare a permis sistemului să recâștige 85% până la 13% din rigiditatea anterioară, pe lângă restabilirea calitativă a stării de gel a materialului.

Legătura dinamică covalentă sau non-covalentă ar putea crea geluri de auto-vindecare. Gelurile de echilibru dinamic întârziat sunt mai stabile prin utilizarea legăturilor covalente dinamice. Comportamentul de auto-vindecare rapid al gelului, totuși, a relevat un echilibru dinamic rapid în legăturile covalente dinamice ale gelurilor BSM producătoare de CDH-hidrazonă.

Eficacitatea profilactică a gelurilor BSM împotriva infecțiilor cu HIV-1 și HSV-2

Echipa a evaluat dacă gelul sintetic BSM ar putea imita rolul protector împotriva infecțiilor virale. Acest lucru a fost determinat prin compararea in vitro eficacitatea profilactică a gelurilor BSM, a soluțiilor BSM și a gelurilor de hidroxietil celuloză (HEC). Datorită calităților lor de subțiere prin forfecare și modulului elastic comparabil cu gelurile sintetice BSM, au fost utilizate geluri HEC 2%.

În comparație cu soluțiile BSM singure, gelurile BSM au îmbunătățit eficacitatea profilactică în studiul actual împotriva infecției cu prototip HIV-1 CCR5 a celulelor TZM.bl. Celulele mononucleare umane periferice derivate din sânge (hPBMC) obținute de la donatori sănătoși au arătat că gelurile BSM au o eficacitate preventivă mult mai mare decât soluțiile BSM.

În general, rezultatele studiului au arătat că gelurile au suprimat infecția cu HIV-1 și HSV-2 în celulele imune și epiteliale cu aproximativ 70% și, respectiv, 80%. În total, echipa a creat un lubrifiant pe bază de gel cu un potențial considerabil de aplicare în profilaxia persoanelor care au fost expuse la HIV-1 și/sau HSV-2.

Referința jurnalului:

  • Kretschmer, M., Ceña-Diez, R., Butnarasu, C., Silveira, V., Dobryden, I., Visentin, S., Berglund, P., Sönnerborg, A., Lieleg, O., Crouzier, T. ., Yan, H. (2022). Gelurile de mucină sintetică cu proprietăți de auto-vindecare cresc lubrifierea și inhibă transmiterea HIV-1 și HSV-2. Științe avansate. eu: https://doi.org/10.1002/advs.202203898 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202203898

Add Comment