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Para reproducirse en el organismo, los virus pasan por un proceso de adsorción (fijación) de sus partículas en las células infectadas, al conectarse con receptores de las membranas celulares. Con el objetivo de impedir este enlace y, por consiguiente, la infección, investigadores del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM), en Brasil, desarrollaron una estrategia en la cual se emplean nanopartículas cargadas con grupos químicos capaces de atraer a los virus, unirse a éstos y ocupar las vías de adsorción que serían utilizadas en los receptores celulares.
De esta forma, los virus, ya con sus superficies ocupadas por los grupos químicos cargados de nanopartículas, se ven incapacitados de plasmar uniones con las células del organismo. Esta estrategia innovadora de inactivación viral se desarrolló en el marco de la investigación intitulada “Funcionalización de nanopartículas: aumento de la interacción biológica”, realizada con el apoyo de la FAPESP y coordinada por Mateus Borba Cardoso.
Se trata del primer estudio que demuestra la inactivación viral basada en la química de superficie de nanopartículas funcionalizadas.
“Este mecanismo de inhibición viral transcurre mediante la modificación de nanopartículas en laboratorio: se le asignan funciones a su superficie mediante la adición de grupos químicos capaces de atraer a las partículas virales y de conectarse con ellas. Este efecto estérico, relacionado con el hecho de que cada átomo dentro de una molécula ocupa una determinada cantidad de espacio sobre la superficie, impide que los virus lleguen hasta sus blancos, que son las células, y se conecten con éstas, porque ya se encuentran ‘ocupados’ por las nanopartículas”, explica Borba Cardoso.
Los científicos sintetizaron nanopartículas de sílice –un componente químico de diversos minerales– con propiedades superficiales distintas y evaluaron su biocompatibilidad con dos tipos de virus. La eficacia antiviral se analizó en pruebas in vitro con los virus VIH y VSV-G –que causa estomatitis vesicular–, infectando células del tipo HEK 293, un cultivo celular originariamente compuesto por células de un riñón perteneciente a un embrión humano. Las partículas virales fueron preparadas para expresar una proteína fluorescente que altera la coloración de las células infectadas, lo cual permite que los investigadores realicen un “seguimiento” de la infección.
Esta innovación sigue la misma estrategia que adoptaron los científicos en la funcionalización de nanopartículas que llevan medicamentos quimioterapéuticos en altas concentraciones hasta las células cancerígenas para evitar que las células sanas se vean afectadas y minimizar así los efectos adversos de la quimioterapia.
Se utilizaron una vez más nanopartículas de sílice, habida cuenta de su porosidad, que hace posible una buena funcionalización de su superficie mediante la adición de grupos químicos en sus poros. Una vez sintetizadas, dichas partículas pasan por reacciones necesarias para que su superficie se funcionalice de acuerdo con las afinidades químicas de los virus. Se insertaron grupos químicos específicos sobre la superficie de las partículas para que las proteínas virales se vean naturalmente atraídas por éstas.
Luego de este proceso, los investigadores dieron inicio a la caracterización de las nanopartículas, mediante la realización de mediciones de tamaño y chequeando si la funcionalización estaba correcta. A tal fin, los científicos emplean un arsenal de técnicas, que van desde la microscopía hasta el análisis del potencial zeta, que es la carga superficial de las partículas. Con toda esa información referente a la carga, fue posible correlacionarla con los datos ya conocidos de la envoltura vírica, la composición química de lo que está en la superficie del virus, para incrementar las probabilidades de que las nanopartículas queden ancladas en determinadas regiones del mismo.
También se utilizó la técnica de dispersión de rayos X a bajos ángulos (SAXSs). Mediante la radiación generada por el acelerador de partículas del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS), integrante del CNPEM, los investigadores emplean esta técnica para observar y estudiar la forma y la organización espacial de objetos en proporciones nanométricas: en este caso, las nanopartículas de sílice funcionalizadas.
“Las nanopartículas debidamente funcionalizadas y las partículas virales pasaron entonces por un tiempo de incubación para que interactuasen unas con otras, en función de las propiedades de superficie de ambas. Cuando existe una atracción fuerte, provocada por los grupos químicos presentes en la superficie de las nanopartículas, la preferencia de los virus apunta a unirse a éstas, y no a las células”, comenta Borba Cardoso.
Luego de la funcionalización de las nanopartículas, los estudios sobre su carga y otras propiedades, y el período de incubación, los investigadores realizaron las pruebas in vitro infectando a las células HEK 293 con los virus VIH y VSV-G preparados para expresar la proteína fluorescente. Mediante microscopía de fluorescencia, fue posible realizar el seguimiento de la infección y también de las células que no se vieron afectadas por la misma. Utilizando la citometría de flujo, una tecnología con la cual se pueden analizar simultáneamente diversos parámetros de células o partículas en suspensión, los científicos pudieron contar las células positivas y negativas frente a la exposición al virus: las nanopartículas llegaron a reducir la infección viral hasta un 50 %, lo cual demuestra la eficiencia de esta estrategia.
“Este resultado podría llegar al 100 % si aumentásemos la cantidad de nanopartículas funcionalizadas durante el período de incubación, pero las pruebas se realizan en una franja optimizada de inactivación viral, para que puedan observarse los efectos en las células afectadas por los virus, realzando las diferencias con el fin de realizar la comparación”, dice el investigador.
Las pruebas también permitieron verificar que durante el proceso se mantuvo la morfología celular, sin que las nanopartículas influyesen sobre la misma.
De acuerdo con Borba Cardoso, esta estrategia podría utilizarse en la detección y la eliminación de virus en bolsas de sangre antes de las transfusiones, por ejemplo. A tal fin, comenta el investigador, están estudiándose nanopartículas magnéticas que, una vez dentro del medio sanguíneo presente en las bolsas, se enlazarían a los virus, inactivándolos y siendo posteriormente separadas de la sangre mediante el empleo de un imán que se llevaría consigo a las partículas virales. La afinidad entre los grupos químicos cargados por las nanopartículas y las partículas virales también podría servir para el desarrollo de nuevas técnicas de detección del VIH y de otros virus.
Los resultados de la investigación salieron publicados en la revista ‘Applied Materials & Interfaces’.
El artículo titulado Viral Inhibition Mechanism Mediated by Surface-Modified Silica Nanoparticles está firmado por Juliana Martins de Souza e Silva, Talita Diniz Melo Hanchuk, Murilo Izidoro Santos, Jörg Kobarg y Marcio Chaim Bajgelman, aparte de Borba Cardoso.
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