Virus nanovåben teknologi

Nye nanovåben lammer virus

Fang dem, bur dem inde, henret dem ... I skyggen af coronakrisen opruster forskerne i krigen mod virus og udvider arsenalet med nanovåben, der effektivt ruster os mod nye virusangreb.

Fang dem, bur dem inde, henret dem ... I skyggen af coronakrisen opruster forskerne i krigen mod virus og udvider arsenalet med nanovåben, der effektivt ruster os mod nye virusangreb.

Elena-Marie Willner/DietzLab/TUM

Siden begyndelsen af 2020 har coronavirussen inficeret mindst 450 millioner mennesker og dræbt op mod seks millioner. Og gang på gang har virussen demonstreret sin evne til at mutere.

Men håbet om et effektivt middel mod virus består.

Hvor lægernes eneste våben mod virus hidtil har været antiviral medicin og vacciner, har forskerne udviklet nye angrebsmetoder, der bygger på nanoteknologi – dvs. molekylære strukturer, der kun kan måles i nanometerskala.

Med nanosvampe, nanofængsler og nanovåben agter forskerne nu at indfange virusserne, bure dem inde eller ligefrem henrette dem.

Sigter efter det svage punkt

Virus findes overalt – og grundlæggende har de samme livscyklus.

Virus corona

Kloden er hjemsted for ca. ti kvintillioner virus. Det svarer til, at der for hver stjerne i universet eksisterer ca. 100 millioner virus på Jorden.

© Shutterstock

For at kunne overleve og reproducere sig selv er virus afhængig af en værtscelle. Virussen hægter sig på værtscellen, trænger ind i den og får derefter cellen til at fremstille nye virus.

Fælles for virusserne er, at de kun kan trænge ind i en celle via receptorer på cellens yderside. Derfor er netop receptorerne virussens akilleshæl.

I de nye behandlinger går forskerne målrettet efter virussernes svageste punkt – og på et hidtil uhørt detaljeret niveau.

Medicin designet i nanoskala, dvs. en størrelsesorden omkring en milliardtedel af en meter, åbner nemlig for helt nye muligheder.

Smugler går i aktion

I kampen mod corona har nanoteknologien allerede haft afgørende betydning.

De vacciner, som blev rullet ud i 2020, indeholder mRNA med instrukser om at lave kopier af coronavirussens karakteristiske spikeproteiner, dvs. de pigge, som binder sig til en receptor på overfladen af cellerne, så virus kan låse sig ind i cellerne.

I vaccinerne sørger nanopartikler for at smugle mRNA’et ind i cellerne.

Coronavaccine er fyldt med nanopartikler

For at coronavirussen kan trænge ind i en celle, bruger virussen et såkaldt spikeprotein. Ved at kopiere proteinet og anvende nanopartikler til at smugle det ind i cellen kan forskerne komme virussen i forkøbet og booste immunforsvaret vha. en vaccine.

Virus vaccine mRNA
© Shutterstock

1. Vaccinen rummer genetisk kode

I kampen mod corona har nanoteknologien allerede haft afgørende betydning. Coronavaccinen indeholder en bid af den genetiske kode (mRNA) for coronavirussens karakteristiske spikeprotein.

Virus nanopartikler fedtkugler
© Shutterstock

2. Fedtkugler fragter koden til cellerne

I vaccinen er mRNA’et (hvidt) pakket ind i nanopartikler i form af fedtkugler, som beskytter mRNA’et mod nedbrydning. Fedtkuglerne (gule) med mRNA sørger for at levere mRNA’et til cellernes indre, så kroppen selv kan danne pigge, der ligner dem fra coronavirus.

Nanopartiklerne tegner desuden lovende som redskab til at levere medicin til bestemte steder i kroppen, hvor partiklerne gradvist frigiver medicinen; fx rammer målrettet kemoterapi udelukkende kræftceller og skader ikke kroppens andre celler som traditionel kemoterapi.

Behandlingen kan ikke alene gøre kemoterapien mere effektiv, men også skåne patienten for en masse bivirkninger.

Men nanopartiklernes medicinske potentiale er endnu større: Partiklerne kan også bremse og indfange virus, inden de når at smitte.

Virus’ behov for at binde sig til specifikke receptorer kan nemlig udnyttes til at lave fælder med præcis de receptorer, som virusserne går efter.

Forklædning snyder virus

Forskere har udviklet såkaldte nanosvampe, der suger virus til sig vha. genkendelige receptorer på overfladen. Ved at der lægges membraner fra menneskeceller rundt om en stabiliserende kerne af nanopartikler, narres virusserne til at tro, at nanosvampene er værtsceller.

Virus angriber typisk specifikke celletyper. Coronavirussen foretrækker fx at inficere lungeceller, mens hiv-virussen opsøger særlige immunceller. Virusserne genkender cellerne vha. receptorer i cellernes membran.

En behandling mod hiv vil derfor fx kunne bestå af nanosvampe iført cellemembranen fra immunceller, der efterligner den type receptorer, som hiv-virussen normalt opsøger.

På samme måde kan nanosvampe, der skal indfange coronavirus, beklædes med membranen fra lungeceller.

Virus nanosvamp laboratorie

En opløsning, der indeholder nanosvampe, gøres klar til test i laboratoriet.

© Griffiths Lab/Boston University

Nanosvamp narrer virus

Nanopartikler beklædt med cellemembraner formår at angribe og neutralisere virus. End ikke mutationer er i stand til at undslippe nanosvampen.

Virus nanosvamp forklædning
© Ken Ikeda Madsen

1. Nanopartikel forklæder sig som lungecelle

Nanosvampen (blå) består af en kerne af polymer. Kernen er beklædt med en membran fra den lungecelle (orange), som virussen angriber. Membranen indeholder de proteiner og receptorer, som virussen normalt binder sig til.

Virus Nanosvampe coronavirus
© Ken Ikeda Madsen

2. Nanosvampe sætter virus ud af spillet

Coronavirussen (rød) snydes til at binde sig til receptorerne på nanosvampen, der er forklædt som lungecelle. Derved bliver virussen sat ud af spillet og kan nu ikke længere trænge ind i lungecellerne og formere sig.

Forskere har allerede demonstreret nanosvampenes effektivitet mod en række virus og bakterier og er snart klar til at udføre kliniske forsøg. Nanosvampene virker endda også mod mutationer, eftersom det stadig er de samme receptorer, de angriber.

Bur spærrer virus inde

Et andet nyt våben er nanokonstruktioner af dna, som skal indfange virus.

Et forskerhold fra det tekniske universitet i München præsenterede i 2021 selvsamlende dna-fængsler.

Fængslerne består af trekantede dna-byggeklodser samlet til større 20-sidede strukturer, som kan omslutte hele virus. Indersiden er polstret med fx antistoffer, der binder og låser virusserne fast inde i fængslet.

Virus DNA byggesten

Tyske forskere har udviklet et selvsamlende dna-fængsel, som består af trekantede dna-byggesten. De samles til større 20-sidede strukturer, som kan omslutte hele virus.

© Christian Sigl/DietzLab/TUM

Ligesom nanosvampene skal dna-fængslerne reducere virusforekomsten og forhindre virus i at inficere kroppens celler.

Behandlingen er ikke alene forebyggende, men kan også anvendes midt i et sygdomsforløb. Fængslerne kan spærre nydannede virus inde og dermed begrænse spredningen, så den smittede oplever et kortere og mildere forløb.

Endnu er dna-fængslerne ikke klar til at blive taget i brug. Forskerne bakser stadig med at stabilisere konstruktionerne og forhindre, at immunforsvaret forsøger at nedbryde dem.

Virussen kollapser

Svampe og fængsler er ikke de eneste trusler mod virus i fremtiden: Andre nye nanomaterialer har ligefrem til formål at destruere virusserne.

Virus består af arvemateriale omgivet af en beskyttende skal af proteiner, en såkaldt kapsid. Nogle virus, fx SARS-CoV-2, der forårsager covid-19, er desuden dækket af en membran, som er identisk med cellemembraner.

Membranen er afgørende for, at virussen kan trænge ind i nye celler. Virussen binder sig til værtscellens receptorer, hvorefter membranerne smelter sammen, så virussen får adgang til cellens indre.

Teknologierne vil kunne bruges mod en hvilken som helst type virus.

Uden membranen kan virussen ikke fusionere med værtscellen. For at udnytte dette har forskere fremstillet kuglerunde nanopartikler af fedtholdige polymerer, der kan fusionere med virussernes membran.

Nanokuglernes overflade er forsynet med op mod 1200 små kæder af aminosyrer kaldet peptider.

Når en virus nærmer sig, hæfter peptiderne sig på virussen og gennemhuller dens membran. Til sidst kollapser virusmembranen, og virussen er gjort ukampdygtig.

Indledende forsøg på rotter tegner lovende: Rotter med en dødelig lungeinfektion forårsaget af coronavirus overlevede længere, når de blev behandlet med nanopartiklerne, end rotter, der fik det antivirale middel remdesivir.

Nye våben gør os stærkere

I modsætning til vacciner, som kun virker specifikt mod én bestemt type virus, udmærker nanoteknologierne sig ved at kunne bruges mod en hvilken som helst type virus, der forsøger at inficere vores celler – også hvis det drejer sig om muterede virus.

Selvom coronavirussen har sendt menneskeheden i knæ i over to år, har virussen altså udløst nytænkning i laboratorierne.

Takket være de nye antivirale våben, der er myldret frem under pandemien, vil vi fremover være langt bedre rustet mod virusangreb.