Forscher entwickeln molekulare Fallen zur Bekämpfung von SARS-CoV-2
Das Ziel ist, das COVID-19 verbreitende Virus daran zu hindern, Immunzellen anzugreifen
Ein Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der UC Riverside und der UCLA hat neuartige Nanopartikel entwickelt, die als "molekulare Fallen" zur Bekämpfung von SARS-CoV-2 dienen, dem Virus, das Covid-19 verbreitet. Die Fallen binden an SARS-CoV-2 und hindern es daran, Makrophagen anzugreifen - weiße Blutkörperchen, die Mikroorganismen umgeben und abtöten.
Das Bild zeigt neuartige Lipid-Nanopartikel, die gegen SARS-CoV-2 gerichtet sind.
Sandro Satta, UCLA
"Diese Nanopartikel können dazu beitragen, die reguläre Funktion der weißen Blutkörperchen bei der Bekämpfung von Virusinfektionen aufrechtzuerhalten", so Changcheng Zhou, Professor für Biomedizin an der UCR School of Medicine, der zusammen mit Tzung K. Hsiai, Professor für Medizin und Bioengineering an der UCLA, die Forschung leitete.
Makrophagen
Zhou erläuterte, dass Makrophagen bei einer SARS-CoV-2-Infektion als erste Immunzellen fungieren, indem sie Viren erkennen und verschlucken. Diese Zellen produzieren auch Zytokine, die ein wichtiger Bestandteil der Immunreaktion des Körpers sind, aber außer Kontrolle geraten können. Der durch das Virus ausgelöste Zytokinsturm - die Überflutung des Blutkreislaufs durch das Immunsystem mit Entzündungsproteinen, den so genannten Zytokinen -, der auf eine Infektion folgt, kann Gewebe abtöten und Organe schädigen. Zhou sagte, dass entzündete Makrophagen in der Lage sind, verschiedene Gewebe zu infiltrieren, um die mit COVID-19 verbundenen negativen Auswirkungen, wie Myokarditis oder Herzentzündung, zu verursachen.
"Unsere Erkenntnisse können möglicherweise zur Behandlung von COVID-19-assoziierten Krankheiten, einschließlich Herzerkrankungen, genutzt werden", sagte er. "Neben Lungenentzündungen oder -verletzungen können etwa 15 % der COVID-19-Patienten mit Vorerkrankungen akute Herzrhythmusstörungen und Herzmuskelentzündungen entwickeln, und Makrophagen könnten bei diesem Prozess eine wichtige Rolle spielen.
Die Mechanismen, die den SARS-CoV-2-vermittelten Makrophagen-Fehlfunktionen zugrunde liegen, sind den Wissenschaftlern nicht vollständig bekannt. Laut Zhou liegt das daran, dass viele Immunzellen, darunter auch Makrophagen, nur geringe Mengen des menschlichen ACE2 oder hACE2, des Rezeptors für SARS-CoV-2, exprimieren.
"Frühere Studien in diesem Bereich haben sich hauptsächlich auf hACE2-abhängige Mechanismen konzentriert", sagte er. "Unsere Ergebnisse deuten hingegen darauf hin, dass SARS-CoV-2 auch ohne hACE2 in Makrophagen eindringen und eine Entzündungsreaktion auslösen kann.
Molekulare Fallen
Zhou und sein Team untersuchten die Neutralisierung von SARS-CoV-2 mit Liposomenpartikeln - Moleküle, die dazu verwendet werden können, Medikamente oder andere Substanzen in Gewebe zu transportieren - als innovative therapeutische Strategie zur Behandlung von COVID-19-assoziierten Krankheiten. Das Team nutzte Nanopartikel, um "Liposome-hACE2" für den Einsatz als Lockvogel zu entwickeln.
"Das SARS-CoV-2-Virus bindet an hACE2 auf der Oberfläche der Liposomen anstelle von Immunzellen und verhindert so, dass es zu einer von Makrophagen vermittelten Entzündung führt", so Zhou. "Es ist auch möglich, dass Liposom-hACE2, mit oder ohne Bindung an SARS-CoV-2, von Makrophagen internalisiert werden kann, was die Replikation von SARS-CoV-2-Viruspartikeln hemmen kann. Dies trägt zur Verringerung von Entzündungsreaktionen bei."
Die Analysen wurden an Makrophagen von Menschen und Mäusen durchgeführt. Im Mäusegewebe fanden die Forscher heraus, dass die molekularen Fallen die durch das SARS-CoV-2-Spike-Protein ausgelöste Makrophageninfiltration in Lunge und Herz hemmten und dadurch die Entzündung von Lunge und Herz unterdrückten. Das Team fand auch heraus, dass das Spike-Protein die Entzündung durch Aktivierung eines Signalwegs namens NF-κB anregte.
"Die von uns entwickelten Nanopartikel sind sehr wirksam gegen virusbedingte Entzündungen", so Zhou. "Die Deletion der IκB-Kinase β, einem Schlüsselregulator für die NF-κB-Signalübertragung, kann die durch das Spike-Protein ausgelösten Entzündungsreaktionen der Makrophagen aufheben. Die IκB-Kinase β ist also essentiell für die virusinduzierte Makrophagenentzündung. Sie könnte ein wichtiges Ziel für die Bekämpfung des SARS-CoV-2-Virus sein."
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