Virus nanovapen teknik

Nya nanovapen slår ut virus

Fånga dem, spärra in dem, avrätta dem. I skuggan av coronakrisen rustar forskarna upp i kriget mot virusen. De utökar sin arsenal med nanovapen, som ger oss ett effektivt skydd mot nya virusangrepp.

Fånga dem, spärra in dem, avrätta dem. I skuggan av coronakrisen rustar forskarna upp i kriget mot virusen. De utökar sin arsenal med nanovapen, som ger oss ett effektivt skydd mot nya virusangrepp.

Elena-Marie Willner/DietzLab/TUM

Sedan början av år 2020 har coronaviruset infekterat minst 450 miljoner människor och dödat uppemot sex miljoner. Och gång på gång har viruset visat prov på sin förmåga att mutera.

Men hoppet om ett effektivt läkemedel mot virus lever.

Medan läkarnas enda vapen mot virus hittills har varit antivirala läkemedel och vacciner, har forskarna utvecklat nya angreppsmetoder som bygger på nanoteknik, det vill säga molekylära strukturer som mäts i nanometerskala.

Med nanosvampar, nanofängelser och nanovapen ska forskarna nu fånga virusen, spärra in dem och till och med avrätta dem.

Tar sikte på den svaga punkten

Virus finns överallt, och i grund och botten har de samma livscykel.

Virus corona

Det finns omkring tio kvintiljoner virus på planeten. Det motsvarar att det för varje stjärna i universum finns cirka 100 miljoner virus.

© Shutterstock

För att kunna överleva och reproducera sig är virus beroende av en värdcell. Viruset hakar sig fast på värdcellen, tränger in i den och får sedan cellen att producera nya virus.

Gemensamt för alla virus är att de tränger in i cellen via receptorer på cellens yta. Därför är just receptorerna virusens akilleshäl.

I de nya behandlingsmetoderna siktar forskarna in sig på virusens svagaste punkt, och de gör det i en exempellöst detaljerad skala.

Läkemedel som utformas i nanoskala, det vill säga en storleksordning kring en miljarddels meter, öppnar för helt nya möjligheter.

Smugglare i aktion

I kampen mot corona har nanotekniken redan haft en avgörande betydelse.

De vacciner som rullades ut år 2020 innehåller mRNA som har instruerats att tillverka kopior av coronavirusets karakteristiska spikprotein, piggarna som binder till en receptor på cellernas yta och som gör att viruset kan ta sig in i kroppens celler.

Vaccinerna innehåller nanopartiklar som smugglar in mRNA i cellerna.

Coronavaccinet är fullt av nanopartiklar

För att coronaviruset ska kunna tränga in i en cell använder viruset ett så kallat spikprotein. Genom att kopiera detta protein och använda nanopartiklar för att smuggla in det i cellen kan forskarna med hjälp av ett vaccin förekomma viruset och stärka immunförsvaret.

Virus vaccin mRNA
© Shutterstock

1. Vaccinet innehåller genetisk kod

I kampen mot coronaviruset har nanotekniken redan haft en avgörande betydelse. Coronavaccinet innehåller en bit av den genetiska koden (mRNA) för coronavirusets karakteristiska spikprotein.

Virus nanopartiklar fettkulor
© Shutterstock

2. Fettkulor fraktar koden till cellerna

I vaccinet har mRNA (vitt) packats in i nanopartiklar i form av fettkulor, som förhindrar att mRNA:t bryts ner. Fettkulorna (gula) med mRNA levererar mRNA:t till cellernas inre, så att kroppen själv kan bilda piggar som liknar dem på coronaviruset.

Nanopartiklarna verkar även lovande som redskap för att transportera läkemedel till specifika delar av kroppen, där partiklarna gradvis kan frige läkemedlet. Målinriktad kemoterapi når exempelvis enbart cancerceller och skadar därmed inte kroppens övriga celler, vilket traditionell kemoterapi gör.

Behandlingsmetoden gör inte bara kemoterapin effektivare, utan innebär också att patienten slipper en massa biverkningar.

Nanopartiklarnas medicinska potential är dock ännu större. Partiklarna kan nämligen även bromsa och fånga virus innan de hinner smitta.

Virusens behov av att binda till specifika receptorer kan nämligen utnyttjas för att tillverka fällor med just de receptorer som ett visst virus letar efter.

Förklädnad lurar virus

Forskare har utvecklat så kallade nanosvampar, som suger till sig virus med hjälp av igenkännliga receptorer på ytan. Genom att placera membran från mänskliga celler runt en stabiliserande kärna av nanopartiklar luras virusen att tro att nanosvamparna är värdceller.

Virus angriper vanligen specifika celltyper. Coronaviruset föredrar till exempel att infektera lungceller, medan hiv-viruset söker upp särskilda immunceller. Virusen använder receptorer i cellernas membran för att känna igen cellerna.

En behandling mot hiv kan därför utgöras av nanosvampar klädda med cellmembran från immunceller som efterliknar den typ av receptorer som hiv-viruset vanligtvis söker upp.

På samma sätt kan nanosvampar som ska fånga coronavirus kläs med membran från lungceller.

Virus nanosvamp laboratorium

En lösning som innehåller nanosvampar förbereds inför laboratorietestning.

© Griffiths Lab/Boston University

Nanosvamp lurar virus

Nanopartiklar klädda med cellmembran kan angripa och neutralisera virus. Inte ens mutationer slipper undan nanosvamparna.

Virus nanosvamp förklädnad
© Ken Ikeda Madsen

1. Nanopartikel klär ut sig till lungcell

Nanosvampen (blå) består av en kärna av polymer. Kärnan är klädd med ett membran från den lungcell (orange) som viruset angriper. Membranet innehåller de proteiner och receptorer till vilka viruset normalt binder.

Virus nanosvampar coronavirus
© Ken Ikeda Madsen

2. Nanosvampar sätter virus ur spel

Coronaviruset (rött) luras till att binda till receptorerna på nanosvampen, som är förklädd till lungcell. På så vis sätts viruset ur spel och kan inte längre tränga in i lungcellerna och mångfaldigas.

Forskare har redan demonstrerat nanosvamparnas effektivitet mot en rad olika virus och bakterier, och de är snart beredda att genomföra kliniska studier. Nanosvamparna fungerar även mot mutationer, eftersom det fortfarande är samma receptorer de angriper.

Bur spärrar in virus

Ett annat nytt vapen är nanokonstruktioner av dna som ska fånga virus.

År 2021 presenterade en forskargrupp vid Technische Universität München i Tyskland självinsamlande dna-fängelser.

Fängelserna består av trekantiga byggklossar av dna som har satts samman till större 20-sidiga strukturer, som kan omsluta hela virus. På insidan sitter antikroppar, som binder och låser fast virusen i fängelset.

Virus dna byggklossar

Tyska forskare har utvecklat ett självinsamlande dna-fängelse bestående av trekantiga byggklossar av dna. De sätts ihop till större 20-sidiga strukturer, som kan omsluta hela virus.

© Christian Sigl/DietzLab/TUM

Liksom nanosvamparna ska dna-fängelserna minska förekomsten av virus och hindra dem från att infektera kroppens celler.

Behandlingsmetoden är inte bara förebyggande, utan kan även användas under själva sjukdomsförloppet. Fängelserna kan stänga in nybildade virus och på så vis begränsa spridningen, vilket gör att den smittade personen får ett kortare och mildare förlopp.

Dna-fängelserna är ännu inte färdiga att tas i bruk. Forskarna arbetar fortfarande med att stabilisera konstruktionerna och hindra immunförsvaret från att bryta ner dem.

Viruset kollapsar

Svampar och fängelser är inte de enda framtida hoten mot virus. Andra nya nanomaterial ska användas för att förstöra virusen.

Virus består av arvsmassa som omges av ett skyddande proteinskal, en så kallad kapsid. Vissa virus, däribland SARS-CoV-2, som orsakar covid-19, täcks även av ett membran som är identiskt med cellmembran.

Membranet är avgörande för att viruset ska kunna tränga in i nya celler. Viruset binder till värdcellens receptorer, varefter membranet smälter, så att viruset får tillgång till cellens inre.

Teknikerna kommer att kunna användas mot alla typer av virus.

Utan membranet kan viruset inte fusionera med värdcellen. För att dra nytta av detta faktum har forskare framställt klotrunda nanopartiklar av fetthaltiga polymerer, som kan fusionera med virusets membran.

På nanokulornas yta sitter uppemot 1 200 små kedjor av aminosyror, så kallade peptider.

När ett virus närmar sig fastnar peptiderna på viruset och genomborrar dess membran. Till slut kollapsar virusmembranet och då har viruset satts ur spel.

Preliminära studier på råttor verkar lovande. Råttor med en dödlig lunginfektion orsakad av coronavirus överlevde längre när de behandlades med nanopartiklar än råttor som fick den antivirala läkemedelssubstansen remdesivir.

Nya vapen gör oss starkare

Till skillnad från vacciner, som bara fungerar mot ett visst sorts virus, utmärker sig nanoteknikerna genom att de kan användas mot alla typer av virus som infekterar våra celler, även när det rör sig om muterade virus.

Coronaviruset har visserligen tvingat ner mänskligheten på knä i över två år, men viruset har också gett upphov till nytänkande i laboratorierna.

Tack vare de nya antivirala vapen som har utvecklats under pandemin kommer vi i framtiden att vara betydligt bättre rustade mot virusangrepp.