Thiết kế các hạt nano tiêu diệt virus phổ rộng

Mô hình tính toán chính trong thiết kế

Ngày 18 tháng 12 năm 2017

Nguồn: Đại Học Illinois ở Chicago

Tóm lược:

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế các hạt nano vàng chống virus mới có thể liên kết với một loạt các loài virus. Với cơ chế hoạt động không giống các thuốc chống virus phổ rộng khác, các hạt nano mới trực tiếp phá huỷ các virus.

Mỗi năm trên khắp thế giới có hàng triệu người chết vì nhiễm virus, nhưng các thuốc kháng virus sẵn có hiện nay chỉ hiệu qủa trên một hoặc một nhóm nhỏ những virus có liên quan. Một vài loại thuốc phổ rộng ngăn ngừa sự xâm nhập của virus vào tế bào khỏe mạnh, nhưng những thuốc này thường cần sử dụng liên tục để ngăn ngừa lây nhiễm, và kháng thuốc mà virus có được nhờ bộ gein siêu biến động.  

Hiện nay, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế gồm giáo sư hóa học Petr Kral từ UIC, đã thiết kế ra hạt nano chống virus mới có thể liên kết với nhiều loại virus khác nhau, bao gồm Herpes Simplex Virus, Human Papillomavirus, Respiratory Syncytial Virus, Dengue và Lentivirus. Không giống những thuốc chống virus phổ rộng chỉ đơn giản ngăn ngừa virus lây nhiễm vào tế bào, các hạt nano mới này còn có khả năng phá huỷ virus.

Phát hiện này của nhóm được đăng trên tạp chí Nature Materials.

Các hạt nano mới bắt chước một protein bề mặt tế bào được gọi là heparin sulfate proteoglycan (HSPG). Rất nhiều loại virus gồm cả HIV, khi xâm nhập vào tế bào khỏe mạnh việc đầu tiên là chúng phải gắn được với những HSPG trên bề mặt tế bào. Thuốc bắt chước cơ chế HSPG gắn với virus và ngăn không cho virus liên kết với các tế bào hiện nay đã có, nhưng lực liên kết tương đối yếu. Các thuốc này cũng không thể tiêu diệt virus, và các virus có thể tái hoạt động trở lại khi nồng độ thuốc giảm. 

Kral cùng cộng sự của ông, bao gồm cả Lela Vukovic hiện là trợ lý giáo sư khoa hóa học tại Đại Học Texas ở El Paso và là tác giả của bài báo, đã tìm cách thiết kế một loại hạt nano chống virus mới dựa trên HSPG, nhưng sẽ cho liên kết chặt hơn với virus và cùng lúc phá hủy chúng. 

“Chúng tôi đã biết cấu trúc chung của các vùng virus liên kết với HSPG – nơi mà các hạt nano nên bám, và cấu trúc của các hạt nano. Nhưng chúng tôi không hiểu tại sao các hạt nano khác nhau lại thể hiện khác nhau về cường độ liên kết và khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của virus vào tế bào,” Kral nói.

Thông qua các mô phỏng phức tạp trên máy tính, Kral và các đồng nghiệp đã giải quyết những vấn đề này và hướng dẫn các nhà thực nghiệm thực hiện điều chỉnh cách thức thiết kế hạt nano để chúng hoạt động tốt hơn.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật xây dựng mô hình tính toán tiên tiến để mô phỏng các cấu trúc chính xác của nhiều loại virus mục tiêu và các hạt nano khác nhau đến vị trí của mỗi nguyên tử. Sự hiểu biết sâu sắc về lực tương tác giữa các nhóm nguyên tử riêng lẻ trong virus và các hạt nano cho phép các nhà nghiên cứu ước tính sức mạnh và độ bền của các liên kết tiềm năng có thể hình thành giữa hai thực thể và giúp họ tiên đoán làm thế nào liên kết này có thể thay đổi theo thời gian và cuối cùng tiêu diệt virus.

Bước cuối cùng của nhóm là nghiên cứu sao cho những hạt nano có thể liên kết chặt với nhiều chủng virus và gây ra biến dạng làm chết virus, nhưng không có tác dụng lên các mô hoặc tế bào khỏe mạnh. Các thí nghiệm trong ống nghiệm đã cho thấy những hạt nano này liên kết chặt với Herpes Simplex Virus, Human Papillomavirus, Respiratory Syncytial Virus, Dengue và Lentivirus.

Kral nói: “Chúng tôi đã có thể cung cấp dữ liệu cần thiết cho đội ngũ thiết kế để họ có thể phát triển một nguyên mẫu như những gì chúng tôi hy vọng sẽ là một phương án chống virus phổ rộng hiệu quả, an toàn và có thể sử dụng để cứu sống con người.”

Nguyễn Thị Thùy Nhung (lược dịch)

Bài báo:

Cagno V, Andreozzi P, D’Alicarnasso M, Jacob Silva P, Mueller M, Galloux M, et al. Broad-spectrum non-toxic antiviral nanoparticles with a virucidal inhibition mechanism. Nat Mater. 2017;17: 195–203. 

Nguồn hình: Petr Kral