با فراگیری پاندمی کووید-19 بیش از پیش مشخص شد که عفونت‌های ویروسی می‌توانند کشنده باشند و بر نرخ مرگ و میر در سراسر جهان تأثیر بگذارند. بیش از 190 میلیون مرگ در ژوئیه 2021 ثبت شده است. به دلیل فقدان آنتی‌بیوتیک‌ها در درمان‌های ویروسی و طولانی شدن روند تولید واکسن برای ویروس‌ها، تقاضا برای تحقیقات نوآورانه در درمان‌های ویروسی بسیار افزایش یافته است.
گروهی مشترک از دانشگاه فنی مونیخ، مرکز هلمولتز مونیخ و دانشگاه برندایس آمریکا رویکرد نوآورانه و جدیدی را در درمان عفونت‌های ویروسی پیشنهاد کرده‌اند. تحقیقات این تیم در مجله Nature Materials منتشر شده است. با استفاده از نانوساختارهای DNA، محققان پتانسیل خود را در به دام انداختن ذرات ویروسی بکارگرفته‌اند و متعاقباً ویروس‌ها و عفونت‌ها را به طور کلی خنثی کرده‌اند.
تاریخچه نانوساختارها
منشأ علمی نانوساختارها در سال ۱۹۶۲ آغاز شد. با کشف اصول هندسی که ساختار پوشش پروتئینی ویروس را تعیین می‌کند، دونالد کاسپار زیست‌شناس و آرون کلگ بیوفیزیکدان مبناهایی را که منجر به این نوآوری تحقیقاتی کنونی شد، پایه‌گذاری کردند.
مفهوم نانوساختارها توسط هندریک دیتز، استاد فناوری نانو زیست مولکولی در دانشگاه فنی مونیخ در بخش فیزیک مورد بررسی قرار گرفت. در کنار تلاش مشترک سایر مؤسسات تحقیقاتی، مفهوم اجسام توخالی مصنوعی ایجاد شد که تصور می‌شود هم‌اندازه ویروس‌ها باشد. این اندازه نانو که معمولاً ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است، امکان تعامل بهتر بین ویروس و مکانیسم به دام انداختن را فراهم می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا به طور موثرتری این ذرات عفونی را جذب کنند.
نانوساختارها و به دام انداختن ویروس‌ها
محققان در هنگام بررسی احتمال اینکه این ساختارها قادر به "به دام انداختن ویروس" هستند، استدلال کردند که این بدنه توخالی مصنوعی به مولکول‌های متصل‌کننده ویروس در این ساختار نیاز دارد. با این کار می‌توان ذرات عفونی را محکم گرفت و از سیستم گردش خون بدن جدا کرد. با این حال، این امر مستلزم آن است که نانوساختارها دارای دهانه‌های بزرگی باشند تا ویروس‌ها وارد آن شده و احاطه شوند.
هندریک دیتز، استاد دانشگاه فنی مونیخ گفت: «ایجاد بدنه‌های تو خالی پایدار در این اندازه چالشی بزرگ بود.»
این تیم میان‌رشته‌ای قادر بود تا اجساد توخالی را از صفحات مثلثی‌شکل سه بعدی برای به دام انداختن ویروس بسازد و این کار را با یک بیست‌وجهی که از ۲۰ سطح مثلثی‌شکل تشکیل شده‌بود آغاز کرد. محققان توانستند صفحات DNA را در ساختارهای هندسی بزرگ‌تری جمع‌آوری کرده و موقعیت صحیح نقاط اتصال را برای برنامه‌ریزی شکل و اندازه بهینه اجسام توخالی بررسی کنند.
چالش‌های به دام انداختن ویروس‌ها
چالش‌های متعددی وجود دارد که این تیم تلاش کرده‌است با استراتژی ابتکاری خود در به دام انداختن ویروس بر آنها غلبه کند. ماهیت ذاتی ویروس‌هایی که متابولیسم خودشان را ندارند به این معنی است که داروهای ضد ویروسی برای هدف قرار دادن آنزیم‌های ویژه در ویروس ایجاد می‌شوند.
این امر می‌تواند در هنگام توسعه داروهای ضد ویروسی به خاطر تحقیقات دشوار مورد نیاز برای اهداف آنزیمی ویژه در درون ویروس‌های خاص، مشکل ایجاد کند. این فرآیند می‌تواند طولانی باشد، بنابراین یک جایگزین امیدوارکننده که در آن ویروس‌ها می‌توانند به صورت مکانیکی با استفاده از نانوساختارها از بین بروند، یک پیشرفت پزشکی خواهد بود.
با این حال، این مفهوم خلاقانه از نانوساختارها به عنوان "تله ویروس" و از DNA به عنوان یک بلوک ساختمانی استفاده می‌کند؛ این امر به سرعت به این نتیجه رسید که این بدنه‌های توخالی از طریق تماس با مایعات بدن می‌توانند به سرعت تخریب شوند. برای جلوگیری از وقوع این اتفاق، هدف این تیم این بود که با استفاده از اشعه ماوراء بنفش بلوک‌های ساختمان را تکمیل کند و قسمت بیرونی نانوساختارها را با پلی‌اتیلن گلیکول و الیگولیزین اصلاح نماید. در نتیجه ساختار پایدارتری تولید شد، که در سرم موش‌ها مورد آزمایش قرار گرفت و نوانست به مدت ۲۴ ساعت در برابر تخریب مقاومت کند.
چالش بعدی که محققان قصد انجام آن را دارند شامل آزمایش این ماده جدید در موش‌های زنده و امیدوارند به دنبال آن بر روی انسان‌ها نیز انجام شود. دیتز، محقق اصلی این پروژه، با اطمینان خاطر نشان کرده‌است که این ماده به خوبی در بدن انسان تحمل خواهد شد.
این درمان امیدوارکننده ضد ویروسی تحولی در پزشکی و مراقبت از بیمار ایجاد می‌کند و اطمینان حاصل می‌دهد که بیماران مبتلا به ویروس می‌توانند درمان شوند و ذرات ویروسی به طور کامل از بدن آنها ریشه کن شود. بیماران می‌توانند بدون روبرو شدن با ننگی از حمل ویروس بدون درمان، کیفیت بالاتری از زندگی را تجربه نمایند. بهبود این جنبه از مراقبت از بیمار مهم‌ترین پیامد درمان است، و با این روش درمانی تحول‌آفرین تغییرات مؤثر امکان‌پذیر است.
درباره نویسنده «مرضیه خان»
مرضیه خان عاشق تحقیقات علمی و نوآوری است. او دارای فوق لیسانس فناوری نانو و پزشکی ترمیمی و همچنین لیسانس علوم زیست پزشکی است. او در حال حاضر در NHS کار می‌کند و درگیر یک برنامه نوآوری علمی است.