Microbiologie in hapklare porties
Antivirale therapie in een macrofaag vermomming
Het Monkeypoxvirus veroorzaakt lokale zweren of pustels in de huid en slijmvliezen die replicerend virus bevatten en dienen als de primaire bron van overdracht. Actieve virale replicatie in deze gebieden veroorzaakt een grote ontstekingsreactie die bijdraagt aan weefselschade en de ernst van de ziekte. De huidige behandelingen bestaan uit pijnstillers, antivirale middelen die niet specifiek zijn voor monkeypox en isolatie van de patiënt. Daarom hebben recente uitbraken de vraag naar antivirale therapie die de ernst van de ziekte en de verspreiding van ziekteverwekkers kan verminderen, vergroot. Gerichte fotothermische therapie zou het antwoord kunnen zijn! Deze technologie maakt gebruik van nanodeeltjes om licht om te zetten in warmte, waardoor kankercellen [1-3] en virale pathogenen [4], die gevoeliger zijn voor hoge temperaturen dan gezonde cellen, effectief worden aangepakt.
Li et al. gebruikten deze technologie om nanodeeltjes in een macrofaagmembraan te plaatsen, omdat de macrofaagbekleding zich zou binden aan extracellulair virus en het nanodeeltje zo dicht bij een ziekteverwekker zou brengen. Met plaatselijke blootstelling aan licht zou het nanodeeltje vervolgens genoeg warmte genereren om het nabijgelegen virus te doden zonder de omringende gezonde cellen aan te tasten. Hier testten ze deze technologie tegen vacciniavirus (nauw verwant aan het apenpokkenvirus en minder gevaarlijk om mee om te gaan) met de implicatie dat het ook tegen het apenpokkenvirus zou kunnen worden gebruikt.
Het genereren van nanodeeltjes
Om dit nanodeeltje te genereren, kozen de auteurs een fotothermische molecule, TPE-BT-DPTQ, die warmte produceert bij blootstelling aan 808 nm licht. Deze molecule werd ingekapseld in een polymeer van poly (melkzuur-co-glycolzuur) of PLGA om de kern te vormen. De kern werd gemengd met geëxtraheerde macrofaagmembranen om het nanodeeltje te vormen. De auteurs vonden een toename in de grootte en het oppervlaktepotentieel van de nanodeeltjes, wat wees op een succesvolle generatie van het nanodeeltje binnen de lipidenbilaag van de macrofaag. Hierdoor zou de macrofaagbekleding zich binden aan extracellulair virus en bij plaatselijke blootstelling aan licht zou het nanodeeltje voldoende warmte genereren om het virus te elimineren.
Validatie van nanodeeltjes als potentiële antivirale therapie
Om dit nieuwe nanodeeltje te testen, stelden de onderzoekers de nanodeelsuspensie bloot aan licht en ontdekten dat de oplossing binnen 7 minuten 70℃ bereikte. Dit is een hogere temperatuur dan de menselijke huid, die rond de 33-39℃ ligt. Bovendien hielden de nanodeeltjes 8 lichtcycli vol om op te warmen. Dit geeft aan dat de nanodeeltjes en hun activiteit vrij stabiel zijn en dit kan gunstig zijn als er meerdere therapierondes nodig zijn om het virus te verwijderen. Omdat een macrofaagmembraan werd gekozen als buitenste laag om de virusbinding te vergroten, mengden de auteurs de nanodeeltjes met vacciniavirus en ontdekten dat hun interactie binnen 2 minuten plaatsvond. Daarom was het macrofaagmembraan een geweldige methode om de fotothermische molecule dicht genoeg in de buurt te brengen om virussen direct aan te pakken. De auteurs wilden er echter zeker van zijn dat de hitte die door het nanodeeltje werd gegenereerd geen gezonde cellen zou doden. Om dit te testen mengden ze de nanodeeltjes met niet-geïnfecteerde cellen en behandelden ze deze met licht. De therapie leidde niet tot celdood of inductie van ontstekingsbevorderende markers (IL-1, IL-6 en C-GSF). Dit gaf aan dat de technologie veilig is voor gezonde cellen en een veelbelovende kandidaat is voor antivirale therapie.
De mogelijkheden van nanodeeltjes onderzoeken met een muismodel van vacciniavirusziekte
De volgende stap in het ontwikkelen van een nieuwe antivirale therapie is het testen van de werkzaamheid in een muismodel. De auteurs infecteerden de staarten van muizen met vacciniavirus en injecteerden de staarten 7 dagen na de infectie met de nanodeeltjesoplossing. Vervolgens werden de staarten gedurende 10 minuten blootgesteld aan laserbelichting en werd de wond 7 dagen later geanalyseerd op tekenen van ziekte, zoals het gewicht van de korst, de virale belasting, weefselhistologie en pro-inflammatoire cytokineproductie. Al deze ziektemarkers werden verminderd bij muizen die behandeld werden met de nanodeeltjes en blootgesteld werden aan licht, wat suggereert dat de nanodeeltjes effectief zijn in hun antivirale activiteit en de wondgenezing bevorderen. Aangezien vaccinia- en monkeypoxvirusinfecties besmettelijk zijn, maten de auteurs het vermogen van de fotothermische therapie om verspreiding van het virus te voorkomen. Ze ontdekten dat de ernst van de ziekte drastisch afnam bij muizen die werden blootgesteld aan behandelde wondmonsters in vergelijking met hun onbehandelde wondcontroles. Deze therapie verminderde dus niet alleen de ziekte bij geïnfecteerde muizen, maar verminderde ook de verspreiding van het virus naar anderen, waardoor twee belangrijke kenmerken van uitbraken van het monkeypoxvirus onder controle werden gehouden.
Conclusies
De auteurs genereerden met succes een nanodeeltje met een fotothermische molecule omhuld door een macrofaagmembraan. Dit nanodeeltje kon zich richten op extracellulair virus en genereerde bij blootstelling aan licht voldoende warmte om replicerend virus te elimineren zonder het omringende weefsel aan te tasten. Deze therapie leidde tot een afname van gelokaliseerde ziektemarkers en het onvermogen van de zeer besmettelijke ziekteverwekker om zich naar andere muizen te verspreiden. Over het geheel genomen heeft dit onderzoek een nieuwe, minimaal invasieve antivirale therapie bevorderd en de deur geopend voor de ontwikkeling van toekomstige niet-invasieve methoden om virale ziekte en verspreiding onder controle te houden.
Additional Sources
1. Sagnik Nag and Oishi Mitra and Garima Tripathi and Israrahmed Adur and Sourav Mohanto and Muskan Nama and Souvik Samanta and BHJGaVSaV. Nanomaterials-assisted photothermal therapy for breast cancer: State-of-the-art advances and future perspectives. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2024;45:103959. doi: https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2023.103959.
2. Liu X, Zhou W, Wang T, Miao S, Lan S, Wei Z, Meng Z, Dai Q, Fan H. Highly localized, efficient, and rapid photothermal therapy using gold nanobipyramids for liver cancer cells triggered by femtosecond laser. Scientific Reports. 2023;13(1). doi: 10.1038/s41598-023-30526-x.
3. Liu Y, Zhu X, Wei Z, Feng W, Li L, Ma L, Li F, Zhou J. Customized Photothermal Therapy of Subcutaneous Orthotopic Cancer by Multichannel Luminescent Nanocomposites. Advanced Materials. 2021;33(30):2008615. doi: 10.1002/adma.202008615.
4. Labouta HI, Hooshmand N, Upreti T, El-Sayed MA. Localized Plasmonic Photothermal Therapy as a Life-saving Treatment Paradigm for Hospitalized COVID-19 Patients. Plasmonics. 2021;16(4):1029-33. doi: 10.1007/s11468-020-01353-x.
Featured image: Generated with Microsoft Bing CoPilot
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 