Investigadores del IBB-UAB han generado una nueva clase de nanoestructuras capaces de capturar y neutralizar una gran cantidad de partículas del virus SARS-CoV-2, tanto en soluciones líquidas como en la superficie de materiales. Las nuevas nanopartículas se podrían usar en la fabricación de materiales antivirales como filtros de aguas residuales y de aire, y en test para una detección temprana de la covid-19. Además, las nanopartículas podrían ser rediseñadas para reconocer otros patógenos.
Han liderado el estudio investigadores del Instituto de Biotecnología y de Biomedicina de la Universitat Autònoma de Barcelona (IBB-UAB), que destacan el potencial de las nanoestructuras desarrolladas para la fabricación de nuevos materiales antivirales. El trabajo se ha publicado en la revista Advanced Healthcare Materials.
Las nuevas nanopartículas, LCB1-NPs y LCB3-NPs, están formadas por repeticiones de tres proteínas, que se unen gracias a las propiedades de autoensamblaje de una de ellas, denominada ZapB. En la estrategia de ingeniería genética que han implementado, los investigadores han fusionado ZapB con la proteína mCherry, que confiere fluorescencia roja a las nanopartículas, y a esta unión han añadido las proteínas LCB1 y LCB3, que proporcionan la capacidad de unirse al virus SARS-CoV-2 y neutralizarlo. Las nanoestructuras incorporan de este modo las funcionalidades de los tres elementos que las componen en una misma nanopartícula.
Los investigadores señalan la elevada afinidad de las nanopartículas para unirse a la proteína Spike que el virus SARS-CoV-2 usa para introducirse en las células, así como su capacidad para neutralizar la infección y hacerlo de forma estable tanto en soluciones líquidas como inmovilizadas en una superficie. Estas características demuestran la gran polivalencia de este nuevo nanomaterial antiviral y aumentan su abanico de posibles aplicaciones.
«Cada nanopartícula está compuesta por muchísimas proteínas LCB1 o LCB3, por lo que tiene múltiples lugares de unión al virus. Esto aumenta enormemente su potencial como material antiviral en comparación con otros materiales en los que cada nanoestructura únicamente puede unirse a una sola partícula de virus», explica Marc Fornt, investigador del IBB-UAB y primer autor del estudio.
La fluorescencia roja permite localizar las nanopartículas a simple vista, lo que facilita mucho su manipulación.
Un experimento en el que han utilizado las nanopartículas para fabricar un filtro de virus ha permitido a los investigadores demostrar la capacidad que tiene este nuevo nanomaterial para retener y neutralizar grandes cantidades de virus SARS-CoV-2. De aquí que entre sus aplicaciones destaquen el filtraje de aguas residuales con secreciones de pacientes afectados por la covid-19, para evitar que lleguen al sistema de aguas, y el filtrado de aire en espacios sensibles como las salas de los hospitales. Las nanopartículas también podrían tener aplicación en la fabricación de nuevos test de detección ultrasensibles para diagnosticar la enfermedad en fases tempranas de la infección, cuando la carga viral todavía es muy baja.
«Estas nuevas nanopartículas son también de gran interés para la producción industrial de materiales antivirales por la simplicidad, rapidez y bajo coste que comporta generarlas», detalla Salvador Ventura, investigador del IBB-UAB y director del I3PT, que ha coordinado la investigación.
El sistema modular por el que se han generado las nanoestructuras permite sustituir la proteína que reconoce y neutraliza el SARS-CoV-2 por proteínas que reconozcan otros patógenos de interés. «Esta flexibilidad proporciona un marco sólido para la generación de nuevos materiales para combatir posibles enfermedades infecciosas emergentes con eficacia y rapidez, sobre todo si se combina con los recientes avances en el diseño de proteínas de novo», concluye Salvador Ventura.
En el estudio ha participado también personal del Institut de Investigació i Innovació Parc Taulí (I3PT), de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), del IrsiCaixa, del Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol (IGTP), del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Infecciosas (CIBERINFEC) y de la Universidad de Vic – Universidad Central de Cataluña (UVic-UCC).
Artículo de referencia: Marc Fornt-Suñé, Maria C. Puertas, Javier Martinez-Picado, Javier García-Pardo, Salvador Ventura. «Protein Nanoparticles for Targeted SARS-CoV-2 Trapping and Neutralization». Advanced Healthcare Materials (2024). https://doi.org/10.1002/adhm.202402744