Ze lokken het virus weg van onze cellen, sluiten het in en voorkomen een infectie.

Dat schrijven Amerikaanse onderzoekers in het blad Nano Letters. Ze baseren zich onder meer op experimenten in petrischaaltjes, waarbij de door hen ontwikkelde nano-sponsjes uitzonderlijk goed in staat bleken om het virus, nog voor het gezonde cellen kon infecteren, onschadelijk te maken.

SARS-CoV-2
Onderzoekers van de University of California (San Diego) werken al meer dan tien jaar aan nanodeeltjes die ontwikkeld zijn om ziekteverwekkers en gifstoffen op te ruimen. Omdat de nanodeeltjes deze als het ware opnemen, worden ze door de onderzoekers ook wel aangeduid als ‘nano-sponsjes’. En met de uitbraak van het nieuwe coronavirus SARS-CoV-2 vroegen de onderzoekers zich vrijwel direct af of hun nano-sponsjes iets zouden kunnen betekenen in de strijd tegen het virus. En de eerste experimenten zijn dus veelbelovend.


Over de nano-sponsjes
De nano-sponsjes in kwestie zijn stuk voor stuk duizend keer kleiner dan de dikte van een menselijke haar en speciaal aangepast om COVID-19 te bestrijden. De onderzoekers bedekten de kern van het nanodeeltje – bestaande uit een polymeer – met celmembranen afkomstig uit longepitheelcellen en macrofagen: twee celtypen die door SARS-CoV-2 geïnfecteerd kunnen worden. Met die membranen werden de nanodeeltjes in één klap bedekt met alle eiwitreceptoren waar ook de cellen waar ze uit afkomstig waren, over beschikken. Waaronder de inmiddels bekende receptoren ACE2 en CD147, waarvan we inmiddels weten dat het nieuwe coronavirus deze gebruikt om cellen binnen te dringen. Door de nanodeeltjes met deze eiwitten uit te rusten, wordt het virus uitgenodigd om zich aan deze nanodeeltjes te binden in plaats van aan menselijke cellen.

Resultaten
Nadat de onderzoekers de op SARS-CoV-2 gerichte nano-sponsjes hadden ontwikkeld, was het tijd om de proef op de som te nemen. Ze lieten de nano-sponsjes los in een petrischaaltje, met daarin menselijke cellen én het coronavirus. Zowel de nano-sponsjes bekleed met het celmembraan van de longepitheelcellen als de nano-sponsjes bedekt met het celmembraan van de macrofagen bleken SARS-CoV-2 te neutraliseren, nog voordat het de cellen kon infecteren. Heel concreet bleken de nanosponsjes een enorm effect te hebben op de zogenoemde infectiviteit van het nieuwe coronavirus, oftewel het vermogen van het virus om menselijke cellen binnen te dringen. De met longepitheelcellen bedekte nano-sponsjes bleken de infectiviteit van SARS-CoV-2 met maar liefst 93 procent te verminderen. En de met het celmembraan van macrofagen beklede nano-sponsjes verminderden de infectiviteit met 88 procent.

De vervolgstappen
Experimenten onder muizen suggereren verder dat de inzet van deze nano-sponsjes geen nadelige bijwerkingen heeft. Meer onderzoek is echter hard nodig, zo erkennen de onderzoekers. De komende maanden hopen ze de effectiviteit en veiligheid van de nano-sponsjes onder dieren te testen. Als die experimenten goed verlopen, wacht nog een klinisch onderzoek, waarbij de nano-sponsjes onder mensen getest worden. Hoewel het klinisch onderzoek waarschijnlijk nog wel even op zich laat wachten, hebben de onderzoekers al wel nagedacht over hoe de nano-sponsjes aan mensen kunnen worden toegediend. Zo zou dat kunnen met behulp van een inhalator – die bijvoorbeeld ook astma-patiënten gebruiken – en waarbij de nano-deeltjes direct in de longen worden afgeleverd. Een andere optie is om ze te injecteren. In beide gevallen zouden er miljarden van deze nano-sponsjes worden toegediend. En zodra het virus zich aan de nano-sponsjes bindt, is het gevaar geweken, zo stelt onderzoeker Liangfang Zhang. “Het virus kan gezonde cellen dan niet meer infecteren en zal door de eigen immuuncellen worden opgenomen en vernietigd.”


Preventief
De nano-sponsjes zouden preventief kunnen worden ingezet. “Want zodra de nano-sponsjes in de long terechtkomen, kunnen ze daar langere tijd blijven,” aldus Zhang. “Als er dan een virus komt, wordt het geblokkeerd door de nano-sponsjes die daar liggen te wachten.”

Cytokinestorm
Maar mogelijk kunnen de nano-sponsjes ook een rol spelen in de behandeling van mensen die reeds door het virus geïnfecteerd zijn en er ernstig ziek van zijn geworden. Zo zouden nanodeeltjes bedekt met fragmenten van het celmembraan van macrofagen wellicht ook cytokinen op kunnen dweilen. Cytokinen zijn eiwitten die het immuunsysteem in kan zetten om een infectie te bestrijden. Bij veel ernstig zieke COVID-19-patiënten blijkt echter sprake te zijn van een zogenoemde cytokinestorm, waarbij er veel te veel van deze eiwitten actief zijn en patiënten er zieker in plaat van beter van worden. “We zullen gaan zien of de nano-sponsjes bekleed met celmembraan van macrofagen in staat zijn om niet alleen het virus te neutraliseren, maar ook de excessieve hoeveelheid cytokinen,” aldus Zhang.

Mutaties
Er is nog veel werk te verzetten voor Zhang en collega’s. Bang dat het virus in de tussentijd muteert en de nano-sponsjes de prullenbak in kunnen, zijn ze niet. “Een ander interessant aspect van onze aanpak is dat zelfs als SARS-CoV-2 muteert, onze nano-sponsjes nog steeds werken, zolang het virus zich maar blijft richten op de cellen die wij imiteren.” Zhang en collega’s verwachten bovendien dat deze nano-sponsjes ook ingezet kunnen worden tegen nog onontdekte coronavirussen. En daarmee is het werk – zelfs als het niet lukt om er tijdens deze pandemie al een verschil mee te maken – bijzonder waardevol. “Vanuit het perspectief van een immunoloog of viroloog is het nano-spons-platform als mogelijk antiviraal middel onmiddellijk heel aantrekkelijk, omdat het werkt tegen allerhande virussen,” stelt onderzoeker Anna Honko, die de effectiviteit van de nano-sponsjes op verzoek van Zhang in haar laboratorium testte. “Daarmee staat het haaks op een medicijn of antistof die heel specifiek een infectie door SARS-CoV-2 of de vermenigvuldiging van SARS-CoV-2 tegengaat.”

“Traditioneel storten medicijnontwikkelaars zich op de kleinste details van een ziekteverwekker om doelwitten voor medicatie te vinden,” stelt Zhang. “Onze aanpak is anders. Wij hoeven alleen maar te weten op welke cellen het virus zich richt. En vervolgens beschermen we die cellen door het virus in de val te lokken met nabootsingen van die cellen.” Honko: “Ik was in eerste instantie sceptisch of het zou werken en ontzettend blij toen ik de resultaten zag en tot me liet doordringen wat dit zou kunnen betekenen.” De komende maanden wordt er hard aan de nano-sponsjes gewerkt en veel getest. Of ze tijdens deze pandemie nog een rol van betekenis kunnen gaan spelen, blijft afwachten. “Voor COVID-19 hoop ik dat andere teams zo snel mogelijk met veilige en effectieve behandelingen en vaccins komen,” aldus Zhang. “Tegelijkertijd werken en plannen wij alsof de wereld op ons rekent.”