Virus nanovåben teknologi

Nye nanovåpen lammer virus

Fang dem, bur dem inne, henrett dem … I skyggen av koronakrisen ruster forskerne opp i krigen mot virus og utvider arsenalet med nanovåpen som skal beskytte oss mot nye virusangrep.

Fang dem, bur dem inne, henrett dem … I skyggen av koronakrisen ruster forskerne opp i krigen mot virus og utvider arsenalet med nanovåpen som skal beskytte oss mot nye virusangrep.

Elena-Marie Willner/DietzLab/TUM

Siden begynnelsen av 2020 har koronaviruset infisert minst 450 millioner mennesker og drept opp mot seks millioner. Og gang på gang har viruset demonstrert sin evne til å mutere.

Men håpet om et effektivt middel mot virus består.

Legenes eneste våpen mot virus har så langt vært antivirale medisiner og vaksiner, men nå har forskerne utviklet nye angrepsmetoder som bygger på nanoteknologi – altså molekylære strukturer som bare kan måles i nanometerskala.

Med nanosvamper, nanofengsler og nanovåpen planlegger forskerne nå å fange virusene, bure dem inne eller til og med henrette dem.

Sikter etter det svake punktet

Virus finnes overalt – og i bunn og grunn har de samme livssyklus.

Virus korona

Kloden er hjemsted for om lag ti kvintillioner virus. Det betyr at det for hver stjerne i universet finnes om lag 100 millioner virus på jorden.

© Shutterstock

For å kunne overleve og reprodusere seg er virus avhengig av en vertscelle. Viruset hekter seg på vertscellen, trenger inn i den og får deretter cellen til å produsere nye virus.

Felles for virusene er at de bare kan trenge inn i en celle via reseptorer på utsiden av cellen. Derfor er nettopp reseptorene virusets akilleshæl.

I de nye behandlingene sikter forskerne seg inn på virusenes svakeste punkt – og på et utrolig detaljert nivå.

Medisin konstruert i nanoskala, altså en størrelsesorden omkring en milliarddel av en meter, åpner nemlig for helt nye muligheter.

Smugler går til aksjon

I kampen mot korona har nanoteknologien allerede hatt avgjørende betydning.

De vaksinene som ble rullet ut i 2020, inneholder mRNA, som har instrukser om å lage kopier av koronavirusets karakteristiske piggproteiner, altså de piggene som binder seg til en reseptor på overflaten av cellene slik at virus kan låse seg inn i cellene.

I vaksinene sørger nanopartikler for å smugle mRNA-et inn i cellene.

Koronavaksine er full av nanopartikler

For at koronaviruset skal kunne trenge inn i en celle, bruker det et såkalt piggprotein. Ved å kopiere proteinet og bruke nanopartikler til å smugle det inn i cellen kan forskerne komme viruset i forkjøpet og styrke immunforsvaret ved hjelp av en vaksine.

Virus vaccine mRNA
© Shutterstock

1. Vaksinen inneholder genetisk kode

I kampen mot korona har nanoteknologien allerede hatt avgjørende betydning. Koronavaksinen inneholder en bit av den genetiske koden (mRNA) for koronavirusets karakteristiske piggprotein.

Virus nanopartikler fedtkugler
© Shutterstock

2. Fettkuler frakter koden til cellene

I vaksinen er mRNA-et (hvitt) pakket inn i nanopartikler i form av fettkuler som beskytter mot nedbrytning. Fettkulene (gult) sørger for å levere mRNA-et til cellenes indre slik at kroppen selv kan danne pigger som ser ut som de som omgir koronavirus.

Nanopartiklene ser dessuten lovende ut som redskap for å levere medisin til bestemte steder i kroppen der partiklene gradvis gir fra seg medisinen; for eksempel rammer målrettet cellegift utelukkende kreftceller og skader ikke andre celler i kroppen, slik tradisjonell cellegift gjør.

Behandlingen gjør cellegiften mer effektiv, og den beskytter pasienten mot en rekke bivirkninger.

Men nanopartiklenes medisinske potensial er enda større: Partiklene kan også bremse og fange inn virus før de rekker å føre til en infeksjon.

Virusenes behov for å binde seg til spesifikke reseptorer kan nemlig utnyttes til å lage feller med nøyaktig de reseptorene som virusene retter seg mot.

Forkledning lurer virus

Forskere har utviklet såkalte nanosvamper som suger til seg virus ved hjelp av gjenkjennelige reseptorer på overflaten. Ved at det legges membraner fra menneskeceller rundt en stabiliserende kjerne av nanopartikler, lures virusene til å tro at nanosvampene er vertsceller.

Virus angriper vanligvis spesifikke celletyper. Koronaviruset foretrekker for eksempel å infisere lungeceller, mens hiv-viruset oppsøker spesielle immunceller. Virusene gjenkjenner cellene ved hjelp av reseptorer i cellenes membran.

En behandling mot hiv vil derfor for eksempel kunne bestå av nanosvamper iført cellemembranen fra immunceller som etterligner den typen reseptorer som hiv-viruset vanligvis oppsøker.

På samme måte kan nanosvamper som skal fange inn koronavirus, kles med membranen fra lungeceller.

Virus nanosvamp laboratorie

En oppløsning som inneholder nanosvamper, gjøres klar til tester i laboratoriet.

© Griffiths Lab/Boston University

Nanosvamp lurer virus

Nanopartikler kledd med cellemembraner klarer å angripe og nøytralisere virus. Ikke engang mutasjoner er i stand til å slippe unna nanosvampen.

Virus nanosvamp forklædning
© Ken Ikeda Madsen

1. Nanopartikkel forkler seg som lungecelle

Nanosvampen (blått) består av en kjerne av polymer. Kjernen er kledd med en membran fra den lungecellen (oransje) som viruset angriper. Membranen inneholder de proteinene og reseptorene som viruset vanligvis binder seg til.

Virus Nanosvampe coronavirus
© Ken Ikeda Madsen

2. Nanosvamper setter virus ut av spill

Koronaviruset (rødt) lures til å binde seg til reseptorene på nanosvampen, som er forkledd som lungecelle. Dermed blir viruset satt ut av spill og kan nå ikke lenger trenge inn i lungecellene og formere seg.

Forskere har allerede demonstrert nanosvampens effektivitet mot en rekke virus og bakterier og er snart klare til å utføre kliniske forsøk. Nanosvampene virker faktisk mot mutasjoner ettersom det fortsatt er de samme reseptorene de angriper.

Bur sperrer inne virus

Et annet nytt våpen er nanokonstruksjoner av DNA som skal fange inn virus.

En forskergruppe fra det tekniske universitetet i München presenterte i 2021 selvsamlende DNA-fengsler.

Fengslene består av trekantede DNA-byggeklosser samlet til større 20-sidede byggverk som kan omslutte hele virus. Innsiden er polstret med for eksempel antistoffer som binder og låser fast virusene inne i fengslet.

Virus DNA byggesten

Tyske forskere har utviklet et selvsamlende DNA-fengsel som består av trekantede DNA-byggesteiner. De samles til større byggverk med 20 sider som kan omslutte hele virus.

© Christian Sigl/DietzLab/TUM

Akkurat som nanosvampene skal DNA-fengslene redusere virusforekomsten og forhindre virus i å infisere cellene i kroppen.

Behandlingen er ikke bare forebyggende, men kan også brukes midt i et sykdomsforløp. Fengslene kan sperre inne nydannede virus og dermed begrense spredningen slik at pasienten opplever et kortere og mildere forløp.

Fortsatt er ikke DNA-fengslene klare til å bli tatt i bruk. Forskerne strever fortsatt med å stabilisere konstruksjonene og forhindre at immunforsvaret forsøker å bryte dem ned.

Viruset kollapser

Svamper og fengsler er ikke de eneste truslene mot virus i framtiden: Andre nye nanomaterialer har som mål å ødelegge virusene.

Virus består av arvemateriale omgitt av et beskyttende skall av proteiner, et såkalt kapsid. Noen virus, for eksempel sars-CoV-2, som forårsaker covid-19, er dessuten dekket av en membran som er identisk med cellemembraner.

Membranen er avgjørende for at viruset kan trenge inn i nye celler. Viruset binder seg til vertscellens reseptorer før membranene smelter sammen, slik at viruset får adgang til cellens indre.

Teknologien vil kunne brukes mot en hvilken som helst type virus.

Uten membranen kan ikke viruset fusjonere med vertscellen. For å utnytte dette har forskerne produsert kulerunde nanopartikler av fettholdige polymerer som kan fusjonere med virusenes membran.

Nanokulenes overflate er forsynt med opp mot 1200 små kjeder av aminosyrer som kalles peptider.

Når et virus nærmer seg, fester peptidene seg på viruset og gjennomhuller membranen. Til slutt kollapser virusmembranen, og viruset er uskadeliggjort.

Innledende forsøk på rotter virker lovende: Rotter med en dødelig lungeinfeksjon forårsaket av koronavirus overlevde lenger når de ble behandlet med nanopartiklene enn når de fikk det antivirale middelet remdesiviren.

Nye våpen gjør oss sterkere

I motsetning til vaksiner, som bare virker mot én bestemt type virus, utmerker nanoteknologiene seg ved å kunne brukes mot en hvilken som helst type virus som forsøker å infisere cellene våre – også hvis det dreier seg om muterte virus.

Selv om koronaviruset har rammet menneskeheten hardt i over to år, har viruset altså utløst nytenking i laboratoriene.

Takket være de nye antivirale våpnene, som det har kommet flere av under pandemien, vil vi framover være mye bedre rustet mot virusangrep.