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Estrutura do novo coronavírus pode inspirar desenho de nanopartículas para uso terapêutico

Publicado em 18 janeiro 2021

Determinadas características estruturais que conferem ao coronavírus SARS-CoV-2 grande eficiência para interagir com seus receptores-alvo nas células humanas e desencadear a COVID-19 poderiam inspirar o desenho de nanopartículas sintéticas capazes de carrear e liberar medicamentos de forma mais bem controlada, que poderiam ser usadas no tratamento de tumores, infecções e inflamações.

A sugestão foi feita por pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) em um artigo publicado com destaque na revista Nano Today. O trabalho, baseado em estudos de correlação, tem apoio da FAPESP.

“O SARS-CoV-2 é uma nanopartícula extremamente eficiente na interação com seus receptores-alvo e pode servir de modelo para o desenvolvimento de nanopartículas sintéticas para aplicações biológicas mais direcionadas”, diz à Agência FAPESP Mateus Borba Cardoso , pesquisador do CNPEM e um dos autores do estudo.

De acordo com Cardoso, os vírus, em geral, são nanopartículas naturais em escala nanométrica (da bilionésima parte do metro) que interagem de modo preciso e eficiente com o maquinário biológico dos organismos e, graças a características de estrutura homogeneamente distribuídas, conseguem excelentes resultados de infecção e, consequentemente, de replicação.

No caso do SARS-CoV-2, um dos fatores que permitiram ao vírus se tornar altamente contagioso foi justamente a eficiência no direcionamento. A principal porta de entrada do novo coronavírus no corpo humano é o nariz, de onde o vírus se espalha para todo o trato respiratório. Nessa região, se encontra alojada nas células epiteliais dos cílios móveis a proteína ACE2, com a qual o SARS-CoV-2 se liga para viabilizar a infecção.

A interação do SARS-CoV-2 com os cílios micrométricos das células epiteliais do nariz apresenta vantagens consideráveis para o vírus. Primeiro, porque o comprimento dos cílios é cerca de 50 vezes o tamanho do vírus – de mais ou menos 5 micrômetros (µm) contra aproximadamente 100 nanômetros (nm). Em segundo lugar, porque a interação com o vírus prejudica a função adequada das células em estágios posteriores da doença, inibindo a depuração de muco que poderia prevenir futuras infecções virais, sublinham os pesquisadores.

“A chave que desencadeia a COVID-19 é uma interação guiada entre o SARS-CoV-2 com o receptor ACE2 nas células nasais, com o qual apresenta uma afinidade de ligação dez vezes mais forte do que o SARS-CoV, embora ambos compartilhem 76% da sequência genética da proteína spike [com a qual o vírus se liga ao receptor ACE2 das células humanas]”, afirma Cardoso.

No SARS-CoV-2 as proteínas spikes estão distribuídas homogeneamente na superfície do vírus, de acordo com padrões de geometria e simetria bem definidos. Esse arranjo meticuloso, com espaços ordenados de 15 nm entre as proteínas spikes, otimiza a replicação e transforma uma série de interações fracas em fortes, aumentando as chances de entrada e replicação do vírus nas células.

A organização espacial meticulosa entre as proteínas também aumenta a probabilidade de interação uma vez que permite que estruturas flexíveis da spike e da ACE2 assumam diferentes orientações espaciais, favorecendo os pontos de contato ativo entre essas proteínas. Essa flexibilidade tão depurada do maquinário viral não é comumente encontrada em outros coronavírus.

Após ser ativada, a proteína spike também muda radicalmente sua conformação e expõe o domínio de ligação ao receptor (RBD, na sigla em inglês) para acoplar com a ACE2 com alta afinidade, afirmam os pesquisadores.

“Estamos propondo usar esses conceitos de especificidade e de eficiência do SARS-CoV-2, que consegue interagir muito seletivamente com as células humanas, para desenvolver nanopartículas com características que o vírus apresenta de modo que se liguem a receptores de uma determinada região tumoral, por exemplo. Dessa forma, seria possível diminuir drasticamente as doses e os efeitos secundários de quimioterápicos”, avalia Cardoso.