Гидрогелевые микросферы защитили зеленых мартышек от коронавируса

Ученые из Университета Северной Каролины (США) разработали метод для защиты дыхательных путей от коронавируса SARS-CoV-2 и протестировали его на зеленых мартышках.

Первым защитным барьером организма на пути респираторных вирусов, в том числе коронавируса, служит слизистая оболочка респираторного тракта. Она захватывает патоген, после чего происходит его элиминация за счет мукоцилиарного клиренса. Ранее было показано, что в случае SARS-CoV-2 мукоцилиарный клиренс работает недостаточно эффективно. В новой работе ученые предложили усилить барьерные функции слизистой оболочки с помощью вдыхаемых полимерных микросфер.

Технология получила название SHIELD. Она предполагает три этапа: ингаляцию, набухание микросфер и их адгезию к слизистой оболочке дыхательных путей. Это должно препятствовать проникновению вируса в клетки респираторного тракта.

Микросферы состоят из полиакриловой кислоты, кросс-сшитой с эфиром N-гидроксисукцинимида, и желатина. Их размер до набухания варьирует в пределах 0,5–5 мкм. После набухания объем микросфер увеличивается более чем в 10 раз, а сами они приобретают гидрогелевую структуру. Для экспериментов к микросферам пришили флуоресцентную метку, которая не влияла на их свойства.

В первых опытах с муцином желудка свиньи ученые показали, что микросферы улучшают его характеристики, что может говорить о потенциальном укреплении слизистого барьера. Затем SHIELD протестировали на мышах. После ингаляции микросферы оставались в легких мышей в течение восьми часов, потом флуоресцентный сигнал начинал снижаться и через 48 часов достигал минимальных значений. Это говорит о выведении микросфер из легких.

Защитные свойства SHIELD подтвердили в экспериментах с псевдовирусами, несущими S-белок SARS-CoV-2 с мутациями штамма альфа. Ингаляция за четыре часа до заражения предотвращала проникновение псевдовируса в ткань мышиных легких с эффективностью 71,8%. Чем больше проходило времени после ингаляции, тем ниже был этот показатель. Через 8 часов он был равен 60,6%, через 24 часа — 15,1%. Ученые также проверили защитные возможности SHIELD после заражения в опытах с вирусом мышиной пневмонии. В этом случае разницы между опытной и контрольной группами мышей не было, то есть микросферы не влияли на ход уже случившейся инфекции.

На следующем этапе авторы подтвердили биосовместимость SHIELD на культурах клеток, а затем перешли к экспериментам с настоящим SARS-CoV-2. В качестве модельных животных использовались зеленые мартышки. Они получали ингаляцию, а через 8 часов их заражали SARS-CoV-2 (исходным уханьским штаммом или дельтой). В течение семи дней ученые брали назальные мазки и бронхоальвеолярные смывы мартышек. Вирусную нагрузку в образцах определяли с помощью ОТ-ПЦР в реальном времени. Содержание вируса в биоматериале мартышек, получивших микросферы, было в 50–300 раз ниже, чем в биоматериале контрольных животных, не защищенных SHIELD.

Микросферы защищали от обоих штаммов и не влияли на ход ПЦР. На седьмой день ученые проводили эвтаназию и анализировали ткани легких. SHIELD значительно снижал степень поражения легких, количество N-белка SARS-CoV-2 и вирусной РНК. Это означает, что микросферы препятствуют репликации вируса. На это также указывает сниженное число CD206⁺ макрофагов. Анализ крови подтвердил отсутствие токсичности SHIELD.

По мнению авторов, технология SHIELD может дополнять другие меры защиты от заражения, например, ношение масок и вакцинацию. Команда работает над оптимизацией технологии и возможностью ее применения в терапевтических целях.

Муцины защищают легкие от коронавируса