Corona heeft goed duidelijk gemaakt dat er in de meeste gevallen geen kruid gewassen is tegen virale infecties. Zelfs vaccinaties bieden niet altijd volledige bescherming. In tegenstelling tot bacteriën, waartegen doorgaans antibiotica worden gebruikt voor therapie, staat de medische wereld meestal machteloos wanneer het om virussen gaat. Onderzoekers van de Technische Universiteit van München (TUM), het Helmholtz Zentrum München en de Brandeis University (VS) hebben nu een methode ontwikkeld die virusinfecties in de toekomst kan genezen.
Deze ‘virusval’ is gebaseerd op bevindingen van de bioloog Donald Caspar en de biofysicus Aaron Klug. Zij ontdekten in 1962 de geometrische wetten op basis waarvan de eiwitomhulsels van virussen zijn opgebouwd. Onlangs wisten Hendrik Dietz ( Technische Universiteit München) en Seth Fraden en Michael Hagan (Brandeis University, VS) een manier te ontwikkelen om kunstmatige holle lichamen ter grootte van virussen te produceren.
Virusbindende moleculen
Enkele maanden voor de uitbraak van de coronapandemie, in de zomer van 2019, kwam het team op het idee van de virusval. Als nanocapsules van DNA – het materiaal waaruit ons genetisch materiaal bestaat – bekleed zouden zijn met virusbindende moleculen, zouden ze virussen moeten kunnen insluiten en zo onschadelijk maken. Deze holle lichamen moeten natuurlijk voldoende grote openingen hebben, zodat de virussen er ook in kunnen komen.
“Geen van de objecten die we tot dan toe met DNA- origamitechnologie hadden gebouwd, zou in staat zijn geweest om een volledig virus veilig in te sluiten. Ze waren gewoon te klein”, legt Hendrik Dietz uit. “Het bouwen van stabiele holle lichamen van die grootte was een enorme uitdaging.” Uiteindelijk besloot het team hun “val” te baseren op een icosaëder. Dat is een object bestaande uit 20 driehoekige vlakken. De wetenschappers bouwden de holle lichamen voor de virusval uit driedimensionale driehoekige platen. De randen werden lichtjes afgeschuind zodat de DNA-platen zich tot grotere geometrische vormen konden samenvoegen. De juiste keuze en positionering van bindingsplaatsen op de randen zorgden ervoor dat de platen zichzelf zouden assembleren tot de gewenste objecten, aldus Dietz.
Rendement tot 95 procent
“Op deze manier kunnen we nu de vorm en grootte van de gewenste objecten programmeren door de exacte vorm van de driehoekige platen”, zegt hij. “Intussen kunnen we objecten maken met tot 180 subeenheden en rendementen tot 95 procent halen.”
Door de bindingsplaatsen aan de randen van de driehoeken te variëren, kunnen zowel gesloten holle bollen als bollen met openingen of halve schalen worden geproduceerd, die vervolgens als virusvangers worden gebruikt. De onderzoekers testten de virusvallen op adeno-geassocieerde virussen en hepatitis B-viruskernen.
“Zelfs een eenvoudige halve schaal van geschikte grootte vertoont een meetbare vermindering van de activiteit van de virussen”, aldus Hendrik Dietz. “Als we aan de binnenkant vijf bindingsplaatsen voor het virus aanbrengen, bijvoorbeeld bijpassende antilichamen, bereiken we al een blokkade van het virus van 80 procent. Als we er meer inbrengen, bereiken we een volledige blokkade.”
Om te voorkomen dat lichaamsvloeistoffen de DNA-deeltjes onmiddellijk afbreken, werden de afgewerkte bouwstenen bestraald met UV-licht en aan de buitenkant behandeld met polyethyleenglycol en oligolysine. In muizenserum bleven de deeltjes gedurende 24 uur stabiel. De volgende stap is nu het testen van de bouwstenen op levende muizen, vertelt Dietz. “Wij hebben er alle vertrouwen in dat dit materiaal ook door het menselijk lichaam goed zal worden verdragen.”
Antivirale geneesmiddelen
Virologe prof. Ulrike Protzer van de TUM legt uit dat bacteriën een metabolisme hebben, waardoor ze op verschillende manieren kunnen worden aangevallen. “Virussen daarentegen hebben geen eigen metabolisme. Daarom zijn antivirale geneesmiddelen bijna altijd gericht tegen een specifiek enzym van één virus. Zo’n ontwikkeling kost tijd. Als het idee om virussen eenvoudig mechanisch te elimineren kan worden gerealiseerd, zou het breed toepasbaar zijn. Dat betekent dan een belangrijke doorbraak, vooral voor opkomende virussen.”
“Naast de voorgestelde toepassing als virusvanger biedt ons programmeerbare systeem ook andere mogelijkheden”, zegt Hendrik Dietz. “Het is ook te gebruiken als een multivalente antigeendrager voor vaccinaties, als een DNA- of RNA-drager voor gentherapie, of als een transportmiddel voor geneesmiddelen.”
Foto: Nanoschelpen van DNA-materiaal binden virussen aan zich waardoor ze onschadelijk worden. Elena-Marie Willner / DietzLab
Ook interessant:
Duitse onderzoekers op het spoor van medicijn tegen corona
Nieuwe manier om SARS-CoV-2 te bestrijden met een molecuul dat het virus aanvalt
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
