گسترش سریع کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ (SARS-CoV-2) عدم وجود داروهای ضد ویروسی با طیف گسترده را آشکار ساخت. به توجه به این محدودیت، از نظر دارویی (pharmacologically) نمی‌توان سرعت عفونت SARS-CoV-2 را در سراسر جهان کاهش داد. وضعیت موجود همچنین آسیب‌پذیری پزشکی در برابر عفونت‌های ویروسی را نشان داد که ممکن است منجر به پاندمی دیگری شود.
فناوری نانو و کووید-19
سیستم ایمنی حیاتی‌ترین خط دفاعی بدن انسان است. SARS-CoV-2 در افراد مبتلا به نقص ایمنی یا افراد دارای بیماری‌های زمینه‌ای مانند بیماری‌های قلبی عروقی و یا دیابت، بیشترین تأثیر را دارد. ثابت شده است که فرمولاسیون‌های ضد میکروبی و ضد ویروسی مبتنی بر فناوری نانو در برابر انتشار ویروس SARS-CoV-2 مؤثر است. پیاده‌سازی حسگرهای زیستی و آشکارسازهای حساس نانویی و یا پلتفرم‌های نانوتشخیص نیز می‌تواند به کنترل و جلوگیری از عفونت کووید-19 کمک نماید. دانشمندان بر این باورند که چند روش مبتنی بر فناوری نانو می‌تواند برای مقابله با پاندمی کنونی و نیز جلوگیری از پاندمی‌های بعدی، مورد استفاده قرار گیرد. برخی رویکردهای مبتنی بر فناوری نانو در زیر بیان شده است؛
- توسعه واکسن‌ها و داروهای جدید. از نانومواد می‌توان برای رساندن داروهای ضد ویروسی با طیف گسترده به سایت‌های مورد هدف استفاده کرد.
- توسعه سیستم تشخیص ویروسی بسیار ویژه، حساس و سریع برای تشخیص زودهنگام این بیماری.
- توسعه فیلترهای کارآمد یا ریز بافت (superfine) برای ماسک‌های صورت، که می‌تواند به عنوان اولین گام پیش‌گیری در برابر عوامل بیماری‌زای مضر هوابرد عمل کند.
- توسعه فیلترهای خون ریزدانه.
- توسعه پوشش‌های سطح جدید با اثر دوگانه، یعنی مقاوم در برابر چسبندگی ویروسی و غیرفعال‌کننده ویروس.
- توسعه ضد عفونی‌کننده‌های ویروسی
برخی از رویکردهای جدید مبتنی بر فناوری نانو برای مبارزه با پاندمی SARS-CoV-2 در زیر توضیح داده شده‌اند.
غیرفعال‌سازی SARS-CoV-2
SARS-CoV-2 در درجه اول مجرای تنفسی را هدف قرار می‌دهد. این ویروس همچنین بر دیگر اندام‌های بدن مانند روده و کلیه تأثیر می‌گذارد. در حین مطالعه مکانیزم این ویروس، دانشمندان دریافتند که ویروس از طریق کیسه‌های هوایی به سلول‌های اپی‌تلیال آلوئولار نوع II که به عنوان مخزن عمل می‌کنند، می‌رسد و از آنجا به کل ریه گسترش می‌یابد و عملکرد آن را به شدت مختل می‌کند.
پژوهشگران معتقدند که توسعه نانومواد هوابرد مانند آئروسل‌ها به دلیل خواص فیزیکوشیمیایی خود، می‌توانند به آسانی به عمق ریه نفوذ کنند و در غیرفعال‌سازی ویروس در ریه بسیار مؤثر باشند. تحویل ریوی نانوداروها (داروها، پروتیین‌های درمانی و mRNAs) نیز با استفاده از دستگاه‌های نانو مفید خواهد بود.
توسعه واکسن و تنظیم سیستم ایمنی
چندین نانوماده توانایی بالا بردن پاسخ ایمنی میزبان را دارند. تولید واکسن، درمانی طولانی‌مدت برای بیماری‌های مختلف است. نانومواد همچنین به عنوان ابزار امیدوارکننده‌ای برای تنظیم سیستم ایمنی عمل می‌کنند، به عنوان مثال، پاسخ ایمنی را فعال یا سرکوب می‌کنند.
کنترل طوفان سیتوکین
SARS-CoV-2، طوفان سیتوکین (Cytokine) را در بدن تحریک می‌کند، که به عنوان سندرم آزادسازی سیتوکین (CRS) نیز مشهور است. چنین تحریکی باعث ایجاد پاسخ ایمنی بیش از حد می‌شود که به نوبه خود منجر به بدتر شدن شرایط سلامتی بیماران می‌شود. این طوفان التهابی همچنین باعث سندروم حاد تنفسی و نارسایی چند عضو می‌شود. پژوهشگران نانوسیستم‌هایی را ایجاد کرده‌اند که توانایی بهبود دقت و کارایی تحویل داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی بدن را به سلول‌های ایمنی هدف، دارند. اختصاصی بودن هدف متعاقباً منجر به موارد زیر می‌شود؛
- کاهش دوز دارو
- کم‌ترین تأثیر بر روی بافت‌ها و اندام‌های غیر هدف
- کاهش عوارض جانبی همراه
ضد عفونی‌کننده‌های ویروسی
دانشمندان پس از تجزیه و تحلیل مسیرهای انتقال ویروس، استریل کردن هوا، پوست و یا سطوح اطراف آن را به شدت پیشنهاد داده‌اند. از چندین نانوذره به دلیل خاصیت ضد ویروسی ذاتی مانند تولید گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر و خواص نور-گرمایی می‌توان به عنوان ضد عفونی‌کننده‌های SARS-CoV-2 استفاده کرد.
این نانومواد می‌توانند اکسیداسیون سطحی را تقویت کرده و یون‌های سمی آزاد کنند که با جلوگیری از چسبندگی اجزای ویروسی به بستر و یا با محدود کردن ورود ذرات ویروسی، از انتشار ویروس جلوگیری نمایند. نانوذرات فلزی مانند مس، نقره و تیتانیوم دی‌اکسید دارای دامنه وسیعی از فعالیت ضد ویروسی در دوز بسیار پایین‌تر هستند. تحقیقات اخیر نشان داده‌است که ماسک‌های صورت با پوشش‌های نانوذرات، برای مثال، پوشش نانوخوشه (nanocluster) نقره یا کامپوزیت سیلیکا، اثرات ضد ویروسی در برابر SARS-CoV-2 به وجود می‌آورند.
شرکت‌هایی مانند NanoTechSurface در ایتالیا و FN Nano در امریکا، فرمولاسیون‌های مبتنی بر فناوری نانو را توسعه داده‌اند که دارای خواص ضد ویروسی قوی هستند.
پژوهشگران دانشگاه فناوری کوئینزلند استرالیا، با استفاده از نانوالیاف سلولزی یک کارتریج فیلتر یکبار مصرف و تنفس‌پذیر ایجاد کرده‌اند. این الیاف می‌توانند ذرات کوچک‌تر از ۱۰۰ نانومتر را فیلتر کنند. به طور مشابه، LIGC Applications در آمریکا نیز یک ماسک صورت قابل‌استفاده مجدد را از فوم گرافن رسانای میکرومتخلخل ایجاد کرده است. این مواد میکروارگانیسم‌ها را به دام می‌اندازند و با استفاده از بارهای الکتریکی آنها را از بین می‌برند.
تشخیص ویروس
تشخیص زودهنگام فرد مبتلا بسیار مهم است؛ چون به روند جلوگیری از انتشار ویروس و در نتیجه کنترل پاندمی کمک می‌کند. به طور کلی، نانومواد عامل‌دار شده با آنتی‌بادی یا اسیدهای نوکلئیک از طریق روش‌های رنگ‌سنجی یا اتصال آنتی‌ژن از ابزارهای اصلی تشخیص مبتنی بر نانو هستند.
دانشمندان اخیراً ابزارهای تشخیصی مختلفی را برای تشخیص سریع SARS-CoV-2 توسعه دادند. به عنوان مثال، پژوهشگران دانشگاه مریلند در امریکا، یک روش رنگ‌سنجی مبتنی بر نانوذرات طلا پوشیده شده با الیگونوکلئوتیدهای طراحی‌شده ضد حس DNA اصلاح‌شده با تیول مخصوص N-ژن (فسفوپروتئین نوکلئوکپسید) SARS-CoV-2 را توسعه دادند. این الیگونوکلئوتیدها در طی 10 دقیقه از بدست آوردن نمونه‌های جدا شده RNA، موارد مثبت کووید-19 را تشخیص می‌دهند.
موسسه علوم بنیادی کره نیز یک فرآیند تشخیص سریع و دقیق SARS-CoV-2 در نمونه‌های بالینی را براساس یک دستگاه بسیار حساس زیست‌سنجش مبتنی بر ترانزیستور اثر میدان (FET) توسعه داده است. محققان بر این باورند که اثر تجمعی تشخیص، واکسن، ضد عفونی‌کننده‌ها و طیف وسیعی از داروهای ضد ویروسی باعث متوقف شدن یا جلوگیری از تشدید بیشتر کووید-19 یا هرگونه پاندمی بعدی خواهد شد.