Nanoformulation Composed of Ellagic Acid and Functionalized Zinc Oxide Nanopaticles Inactivates DNA and RNA Viruses

Khaled Abou Aitah, Abou K. Allayh, Jacek Wojnarowicz, Yasser M. Shaker, Anna Świderska-Środa and Witold Łojkowski

Streszczenie:

Pandemia COVID-19 mocno wpłynęła na życie ludzi na całym świecie lecz jak dotąd żadna metoda leczenia nie została zaaprobowana do stosowania klinicznego. W przedstawionych badaniach została zaprezentowana stworzona na jej potrzeby hybrydowa mineralno-organiczna hybryda z zawartością NPs, która wykazywała potencjał zwalczania DNA i RNA wirusów, z tego względu mogłaby zostać zastosowana do terapii przeciwko COVID-19.

Utworzona hybrydowa nano-formulacja zawierała 9,5% wt. TRP, była wypełniona w 33,3%wt. naturalnym prekursorem leku ELG(2,3,7,8-tetrahydroxy-chromeno(5,4,3-cde)chrommene-5,10-dione), bezpiecznym i silnym polifenolem, obecnym w wielu rodzajach owoców i roślin leczniczych. ELG mógłby działać pojedynczo jako nowy naturalny z efektywnym antywirusowym działaniem przeciw wielu wirusom wliczając to ludzki wirus opryszczki, wirus HIV-1, (HRV2,-3, i -4), HIV-1, wirus opryszczki herpes simplex wirus (HSV), Ebola, grypa itd.  Nowa strategia zaprojektowana dla tego eksperymentu, to było użycie ELG z klinicznie wypróbowanymi antywirusowymi lekarstwami aby stworzyć efekt synergiczny.

W tych badaniach, po raz pierwszy, był sprawozdawany sprytnie zaprojektowana nanoforma z ZnO NPs (materiał nieorganiczny) pokrytym TPR ( materiał organiczny 3D) został użyty jako pokrywa. Warstwa pokrywająca była przesączona ELG. Tak skonstruowana nanoforma była testowana ze względu na jej specyficzne oddziaływanie i walkę z wirusami DNA i wirusami RNA.

Było używane kilkanaście wirusów alternatywnie, takich jak ludzki adenowirus (Ad-7) i wirus opryszczki typu 2(HSV-2), ludzkiej grypy (H1N1), i ludzkiego coronawirusa (HCoV-229E) jako modeli do badania antywirusową aktywność przeciw COVID-19 w tych badaniach. Powodem do testowania różnych wirusów była unikalna struktura dwóch klas wirusów i spodziewane współoddziaływanie wirusów ze stworzoną  nanoformą.

Jako rezultat przeprowadzonych badań można stwierdzić, że stworzona nanoforma, wykazywała obiecujące właściwości jako antywirusowy czynnik przeciw H1N1 i HCoV-229E, wpływające na możliwość wdrożenia w planowanych nanomedycznych lekach przeciw COVID-19.

Antywirusowy sprawdzian był przeprowadzony przy użyciu kilkunastu wirusów i linii komórkowych zakupionych od ATCC, Manassas, VA, USA. Linie komórkowe goszczące to były komórki rakowe głowy i szyi (hep-2) dla rozprzestrzenienia ludzkiego adenowirusa typu 7 (Ad-7), komórki nerek zielonej małpy - green monkey kidney (Vero) do rozprzestrzenienia wirusa opryszczki typu 2 (HSV-2), oraz komórki klonu Vero (Vero-E6) do rozprzestrzenienia wirusa ludzkiej grypy (H1N1) i ludzkiego coronawirusa 229E (HCoV-229E). Komórki były hodowane w DMEM o średnio wysokiej zawartości glukozy, zawierającej 10% fetal bovine serum,  0,1% antybiotyko/antygrzybiczego roztworu oraz trypsynę – EDTA.

Ocena cytotoksyczności w tych badaniach została przeprowadzona z użyciem badań kolorymetrycznych B(SRB).

Ocena oddziaływania antywirusowego została przeprowadzona z użyciem efektu hamowania efektu CPE aby ocenić efekt antywirusowy. Aby określić mechanizm działania wirusów, wskaźnik redukcji stworzonej płytki wirusowej HCoV-229 był obliczany według wzoru (kontrolą były wirusy nie traktowane środkiem antywirusowym). Te badania były najistotniejsze dla przeprowadzanych eksperymentów.

Generalnie, IC50s różnił się w odpowiedzi zarówno na stosowane środki jak i rodzaje wirusów. Interesujące było, że odkryte zostało specyficzny brak odziaływania w zależności od tego czy były to wirusy DNA czy też wirusy RNA.

W przypadku wirusów opartych na DNA, dla HSV-2, stworzona w ramach tego eksperymentu nanoformą, miała wyższy efekt niż ZnO NPs i ELG działające oddzielnie.

Dla Ad-7, ELG ELG wykazywało niższe IC50.

W przypadku wirusów opartych na RNA, ZnO NPs hamowały infekcję wirusową H1N1 mniej efektywnie w porównaniu z nanoformą, najlepszy efekt hamujący zaobserwowano w wypadku stosowania tylko ELG. Dla HCoV-229E, ELG wykazało najmniejszy efekt hamujący w porównaniu z nanoformą a najlepszym inhibitorem były  ZnO NPs działające same.

Aby zidentyfikować najefektywniejszy materiał, został obliczony wskaźnik selektywny (SI), jako stosunek CC50/IC50. Ten wskaźnik SI potwierdza ważność specyficznej inhibicji infekcji wirusowych.