나노 점토는 COVID-19에 대한 잠재적인 의사 항체로서

초록

여러 노력에도 불구하고 효과적인 COVID-19 백신 개발은 훨씬 더 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 이미 인간이 경험한 전통/자연 의학이 더 이른 해결책이 될 수 있습니다. 연구팀의 암전이, 흑색종 치료, 골재생을 위한 고친화성 소재로 나노클레이를 사용한 경험을 고려하여 코로나19 예방/치료에 나노클레이 활용을 제안한다. 높은 친화력으로 인해 나노 점토는 바이러스가 인간 hACE2와 결합하기 전에 바이러스를 포획할 수 있습니다. 이 연구에서, 코로나바이러스 스파이크와 hACE2 단백질의 상호작용에 대한 분자 수준 시뮬레이션 및 모델링이 나노 점토를 사용하거나 사용하지 않고 수행되었습니다. 그 결과 SARS-CoV-2 스파이크와 나노클레이 사이에서 전자와 hACE2 사이에 비해 매우 높은 수준의 친화성/응집성을 보였다. 우리는 이러한 나노 점토가 이미 약물 운반체로 사용되고 있기 때문에 "점토 단독" 의약품으로도 주입될 수 있다고 가정합니다. 향후 시험관 내 및 생체 내 연구에 대한 권장 사항도 제공되었습니다.

배경

신종 코로나바이러스(SARS-CoV-2)의 갑작스러운 출현과 급속한 확산은 세계 경제에 심각한 영향을 미칠 뿐만 아니라 인류의 건강과 삶에 중대한 영향을 미치고 있습니다. SARS-CoV-2 스파이크 S는 인간 안지오텐신 전환 효소 2(hACE2)에 높은 친화도로 결합하여 표적 세포를 침범하는 진입 수용체로 사용합니다(그림 1a, b)[1]. 바이러스 표면 스파이크 단백질은 코로나바이러스가 숙주 세포로 들어가는 것을 매개합니다. SARS-CoV-2 스파이크 단백질은 수용체 hACE2로 명시적으로 인식하는 수용체 결합 도메인(RBD)을 포함합니다[2, 3]. hACE2의 표면에는 SARS-CoV-2 S 결합에 중요한 2개의 바이러스 결합 핫스팟이 있습니다. SARS-CoV-2 RBD에서 자연적으로 선택된 여러 돌연변이가 이러한 핫스팟을 둘러싸고 SARS-CoV-2의 감염성, 발병기전, 종간 및 인간 간 전파를 조절합니다[2, 4, 5].

인간 hACE2에 대한 SARS-CoV-2 공격 및 후속 면역계 반응의 개략도. 아 , b 간섭 없이 RBD 결합 hACE2. ㄷ RBD는 수용체 부착 부위에서 항체와 복합되어 hACE2와 경쟁합니다. d 수용체가 부착되지 않은 부위에서 RBD와 복합된 RBD는 RBD 구조의 변경 및 hACE2에 대한 RBD의 잠금 및 키 결합 중단을 초래합니다.

현재 SARS-CoV-2를 표적으로 하는 임상적으로 승인된 백신이나 약물은 없습니다. 백신 개발의 실제 프로토콜에 따르면 효과적인 백신을 찾는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. SARS-CoV-2에 대한 치료 항체 개발에 많은 관심이 있습니다. 그러나 많은 노력에도 불구하고 이러한 항체는 몇 가지 시도[7]를 제외하고는 아직 발견되지 않았습니다[6]. 한 시험은 S 당단백질의 RBD에 결합함으로써 SARS-CoV-2의 강력한 중화를 보여주었습니다[8]. 이 시험[8]에서는 SARS-CoV-2에 대한 중화 효과가 증가하기 때문에 서로 다른 항체의 혼합물인 항체 칵테일을 권장합니다. 그러나 과거 SARS-CoV 감염을 치료하기 위해 SARS-CoV의 회복기 환자로부터 항체를 사용하는 경우 항체의존성 증강(ADE)과 같은 환자에서 부작용이 나타나 바이러스 감염성 증가 및 기타 유해한 면역 반응을 유발했습니다[7]. 더욱이 SARS-CoV와 MERS에 대한 백신 개발 노력을 바탕으로 SARS-CoV-2에 대한 노력이 현실화될 가능성은 매우 희박해 보인다. 따라서 사람이 안전하게 섭취/섭취한 이력이 있는 천연/전통 의약품이 SARS-CoV-2의 치료 옵션 중 하나로 간주될 수 있습니다. 천연 소재이자 인간 사용/소비의 역사이므로 코로나바이러스 차단제 및 스파이크 매개 인간 세포로의 진입 억제제로 사용되는 "고하전 나노 점토"를 제안합니다.

퇴적암의 광물에서 유래한 나노크기의 천연물질인 나노점토는 박테리아 및 바이러스에 대한 친화력이 매우 높다[9]. 분자 구조의 동형 치환으로 인해 이러한 나노 점토는 표면에 전하 결핍을 나타냅니다. 표면의 이러한 전하 결핍은 물 분자와 용해된 양이온에 의해 중화됩니다(그림 2). 점토 나노입자의 전하를 띤 구조와 넓은 표면적은 박테리아 표면과 박테리아 독소에서 발견되는 전하를 띤 물질에 대한 친화력을 제공합니다. 그들의 독특한 생물의학적 특성에는 높은 흡수율, 미생물을 삼킬 수 있는 능력, 독성이 없습니다. 각각의 전기 활성 점토 광물은 고유한 형태, 특성 및 상호 작용 거동을 가지고 있습니다. 나노 점토의 가장 많이 연구된 생물의학 응용은 5-fluorouracil 및 trastuzumab과 같은 항암제의 담체 및 복합체 역할을 포함합니다[11,12,13,14,15,16,17]. 따라서 그들은 여러 질병에 대한 잠재적인 대체 의학이 되었습니다[18,19,20,21,22]. 점토 나노 입자는 접착 특성으로 인해 서방성 의약품의 담체로도 사용되었습니다[15, 23]. 나노 점토는 또한 소 로타바이러스 및 소 코로나바이러스를 흡착 및 치료하는 데 성공적으로 사용되었습니다[24]. 연구원들은 항암제인 메토트렉세이트(MTX)를 음이온성 점토에 삽입하여 나노 하이브리드 약물을 만들었습니다. 그들은 공동 침전 및 후속 열수 방법론을 사용하여 화학적, 구조적, 형태학적으로 잘 정의된 2차원 약물 점토 나노 하이브리드를 준비했습니다. 연구원[26]은 생체 적합성과 높은 적재 능력으로 인해 벤토나이트 나노 점토가 약물 전달 차량의 제조에 사용될 수 있음을 발견했습니다. 이 연구에서 그들은 흑색종의 종양내 화학요법을 위한 서방성 약물 전달 시스템을 형성하기 위해 독소루비신-벤토나이트 나노 점토 복합체(DOX-Bent 복합체)를 제조했습니다. 몬모릴로나이트 점토가 최근 첨가제 및 약물 담체 재료로 사용되기 위해 연구됨에 따라, 이러한 나노 점토 복합재는 주로 약물의 제어 방출을 위해 다양한 투여 형태로의 사용에 호소한다[27]. 연구원[28]은 또한 나노 점토가 최근 이중 기능 약물 전달 시스템(DDS)에 사용될 수 있어 약물 전달의 효율성이 있어 갑상선암 치료에 사용되는 독소루비신(DOX)의 독성을 감소시킬 수 있음을 발견했습니다. 12개의 단일 단일 유형 광 절단 가능한 양친매성 Janus 덴드리머 라이브러리를 사용하여 연구원[29]은 자가 조립 광 반응성 덴드리머좀 소포 플랫폼을 개발했습니다. 나노 클레이와 유사하게 (글리코)덴드리머솜의 표면 변형된 생리활성 바이러스 모방 유기 나노소포는 구조적 변형이 있어 SARS-CoV-2와 숙주 병원성 분자 상호작용이 나타나 바이러스가 인간 면역계에서 탈출할 수 있습니다. [30].

아 SEM 이미지 및 b 구성, 동형 치환, 전하 결핍 및 층간 양이온을 나타내는 Na-몬모릴로나이트의 해당 분자 구조([10]에서)

상당한 이전 연구를 통해 우리는 하전된 점토 광물의 기본 특성화 및 행동 모델링[31,32,33], 암 전이 제어에서의 응용[10], 흑색종 치료에 대한 시험관 및 생체 내 연구[34]를 개발했습니다. 및 칼슘 침착/골 재생 연구 [35]. 저자의 이전 연구[35]에서 점토 나노입자는 하전된 표면에 대해 높은 친화력을 갖는다는 것이 입증되었습니다. 나노 클레이의 높은 인력 친화성과 암세포의 증가된 비특이적 접착 인력은 나노 클레이를 암 전이를 제어하는 ​​데 유리한 후보로 만듭니다. 그 연구에서 우리는 암 세포의 전이를 조절하기 위해 두 가지 전하를 띤 점토 광물인 Na-몬모릴로나이트(SWy-3)와 팔리고스카이트(PF1-1)를 사용할 수 있음을 보여주었습니다. 암 전이 조절을 위한 이러한 나노 점토의 사용에 대한 저자의 이전 연구 [35]의 결과에 더하여, 우리는 또한 시험관 내 및 생체 내 연구를 통해 이러한 나노 점토가 흑색종에 대한 억제 효과가 있음을 확인했습니다. 암 세포, 주로 세포 증식 및 생존력 [34]. 이러한 이전 연구에서는 실험실 실험 외에도 나노 점토와 세포의 상호 작용에 대한 분자 수준 시뮬레이션도 수행되었습니다. 이러한 시뮬레이션은 점토 나노입자가 있거나 없는 상호작용에서 응집성/친화성의 상대적 수준에 대한 평가를 제공했습니다.

나노 점토의 고친화성 잠재력에 대한 저자의 위의 모든 경험을 바탕으로, 우리는 나노 점토가 항체로 모방될 수 있고 따라서 인간 hACE2와 결합되기 전에 코로나바이러스를 끌어들이고 삼킬 수 있다고 제안합니다. 이 논문은 분자 수준의 시뮬레이션 및 모델링 접근 방식을 통해 이러한 인식을 확립하기 위한 첫 번째 단계입니다. 분자 수준 시뮬레이션의 결과를 기반으로 시험관 내 및 생체 내 연구의 다음 단계에 대한 권장 사항의 개요도 제공됩니다. 이러한 나노 점토는 약품 담체로도 성공적으로 사용되고 있기 때문에 "점토 단독" 약으로도 주입/섭취할 수 있다고 가정하고 이를 위해 임시 나노 점토 투여 방법을 제안했습니다.

재료—분자

SARS-CoV-2 및 hACE2의 선택 및 공식화

SARS-CoV-2 스파이크 S 및 hACE2의 분자는 단백질 데이터 은행 웹사이트 RCSB에서 입수했습니다[36,37,38]. Materials Studio 소프트웨어[39]에서 공식화된 SARS-CoV-2 스파이크 S 및 hACE2의 분자 모델은 각각 그림 3a, b에 나와 있습니다. 시뮬레이션을 하기 전에 이 분자는 소프트웨어의 전하 평형 방법 QEq를 사용하여 충전되었습니다.

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a의 분자 수준 모델 SARS-CoV-2 급증, b hACE2 및 c Materials Studio 소프트웨어에서 공식화된 Na-몬모릴로나이트 결정자

나노 점토 결정의 선택 및 조성

점토 광물의 스멕타이트 그룹에서 가장 활동적인 구성원 중 하나인 Na-몬모릴로나이트가 연구를 위해 선택되었습니다. Na-montmorillonite는 층상 phyllosilicate 점토 스멕타이트입니다(그림 2). 콜로이드 형태에서 인접한 층 사이의 공간은 외부 음으로 대전된 표면에 정전기적으로 끌리는 자유 나트륨, 칼슘 또는 마그네슘 양이온을 포함할 수 있습니다[40]. 건조 분말 상태에서 Na-montmorillonite는 약 0.5 × 0.5 × 0.001 미크론 크기의 등차원 플레이크/시트로 존재합니다(그림 2a). 층간 표면의 이러한 음전하는 양이온에 의해 균형을 이룹니다. 콜로이드로서 층간 양이온은 점토 입자에서 해리되어 음전하를 띤 다른 표면과 결합합니다. 이 입자는 또한 끝 부분에 끊어진 결합이 있기 때문에 양전하를 띤 가장자리를 가지고 있습니다. 이러한 나노 점토의 형태 및 추가 특성은 표 1에 나와 있으며 Materials Studio 소프트웨어에서 결정자의 공식화는 아래에 설명되어 있습니다.

소프트웨어에서 Na-몬모릴로나이트 결정자는 CEC, 교환 가능한 양이온 및 층간 전하와 같은 기본 특성을 기반으로 공식화되었습니다(표 1). 분자/결정 크기의 크기는 동적 광산란(DLS) 기술을 사용한 입자 크기 분석 결과를 기반으로 선택되었습니다[10]. 소프트웨어에서 생성된 점토 결정자의 최종 형태는 그림 3c에 나와 있습니다. 고유 속성을 사용하여 소프트웨어의 설계 모드에서 이러한 결정자를 준비한 후 소프트웨어의 전하 평형 방법 QEq를 사용하여 충전했습니다.

방법 - 분자 수준 시뮬레이션

연구의 이 부분은 SARS-CoV-2 스파이크 S와 점토 결정자 및 hACE2의 상호 작용에 대한 시뮬레이션 및 평가로 구성되었습니다. 이러한 모델이 실제 시험관 내 조건의 완전한 복제는 아닐 수 있지만 모든 필수 상호작용과 통합되었으며 의도한 상대 및 비교 연구에 매우 적합합니다.

소프트웨어에서 SARS-CoV-2 S, Na-montmorillonite crystallites 및 hACE2의 공식화된 구성에 대한 수착 및 시뮬레이션은 Monte Carlo(MC) 및 분자 역학(MM) 기술을 사용하여 수행되었습니다. 모든 시뮬레이션된 구성에서 친화도의 향상은 계산된 응집 에너지 밀도(CED) 측면에서 평가되었습니다. CED는 분자 시스템의 응집력 측정으로 간주됩니다. 시뮬레이션에 포함된 대규모 계산으로 인해 이러한 계산은 KSA에 있는 KFUPM의 고성능 컴퓨팅 시설(HPC)을 사용하여 수행되었습니다. 전반적인 방법론과 특정 방법 및 시뮬레이션 매개변수의 선택은 저자의 이전 연구[41,42,43,44,45,46,47]를 기반으로 했으며, 이후 섹션에서 자세히 설명합니다.

SARS-CoV-2 스파이크(S) hACE2 및 점토 결정체와의 상호 작용

SARS-CoV-2 S와 점토 결정자의 상호 작용을 시뮬레이션하기 위해 SARS-CoV-2 S 모델에서 다양한 수의 Na-montmorillonite 점토 결정자를 흡착했습니다. 이러한 수착 시뮬레이션을 위해 소프트웨어의 수착 모듈에서 Metropolis Monte Carlo 방법이 선택되었습니다. 각 수착 단계에서 점토 미결정은 스파이크 S 모델 주변의 공간을 차지하여 복합체의 전체 에너지를 낮춥니다. 최대 25,000단계로 필요한 수의 결정자를 흡착시킨 후 MD 원리에 기반한 소프트웨어의 Forcite 모듈을 이용하여 시스템의 에너지를 최소화하였다. SARS-CoV-2 스파이크 분자와 hACE2의 상호 작용 모델링에 대해 유사한 수착 과정을 반복했습니다. 이 과정에서 SARS-CoV-2의 스파이크 S의 RBD 주위에 hACE2 분자가 흡착되었다. 수착 과정이 완료된 후 소프트웨어의 MD 기반 모듈을 사용하여 제형의 에너지를 최소화했습니다.

NPT(일정한 수의 입자, 압력 및 온도) 앙상블을 통합하는 소프트웨어의 Forcite 모듈은 수정된 만능 힘장[41]이 있는 MD 시뮬레이션에 사용되었습니다. 시뮬레이션은 0.5fs 간격으로 또는 일정한 부피가 얻어질 때까지 5~30 ps 동안 실행되었습니다. 0.1 ps의 감쇠 상수를 갖는 Berendsen 온도 조절기가 시뮬레이션 동안 온도를 제어하는 ​​데 사용되었습니다. MD 시뮬레이션 동안 가정된 온도는 대기압(100 kPa)에서 310 K(37 °C)로 일정하게 유지되었습니다. 감쇠 상수가 0.1 ps인 Berendsen 기압계를 사용하여 시스템의 압력을 제어했습니다. Berendsen 방법론은 소프트웨어에서 사용할 수 있는 다른 온도 조절 장치 및 기압 조절 장치와 관련된 여러 시도 후에 단결정에 가장 적합한 것으로 간주되었습니다. Monte Carlo 방법에서 교환, 순응, 회전, 변환 및 재성장 비율에 대한 매개변수는 각각 0.39, 0.2, 0.2, 0.2 및 0.2로 선택되었으며 해당 확률은 0.39, 0.2, 0.2, 0.2 및 0.2. 회전 및 병진 이동에 적합한 진폭은 각각 5° 및 1 Å입니다.

응력 에너지 밀도(CED) 측정

본 연구에서는 CED의 변화를 통해 SARS-CoV-2-clay crystallites와 SARS-CoV-2-hACE2 복합체의 친화력/결합 수준을 측정하였다. 점토 결정의 수착 및 각 구성의 분자 역학의 후속 성능 후 CED는 소프트웨어의 Forcite 모듈의 응집 에너지 밀도 옵션을 사용하여 결정되었습니다. 저자는 전체, 반 데르 발스 및 정전기 CED로 구성된 CED 개념이 다양한 분자 수준 프로세스 및 상호 작용을 매우 밀접하게 설명하고 시뮬레이션된 복합체 사이에서 생성된 친화도/결합의 정도를 시뮬레이션할 수 있음을 경험했습니다[41,42 ,43,44,45,46,47]. 정량적으로 CED는 1 mol의 물질이 액체에서 기체 상태로 전환되는 데 필요한 에너지의 양으로 정의됩니다. 이것은 또한 분자의 상호 친화성/매력도의 척도이며 NPT 앙상블에 대해 평균을 낸 정전기력과 반 데르 발스 힘으로 표현됩니다.

Forcite 모듈에서 반 데르 발스 에너지는 원자 기반 컷오프를 사용하여 평가되었습니다. 이 방법에서 비결합 상호작용은 단순히 컷오프 거리까지 계산되고 이 거리를 넘어서는 상호작용은 무시됩니다. 직접 컷오프로 인한 불연속성을 피하기 위해 대부분의 시뮬레이션은 전환 기능을 사용하여 거리 범위에서 비결합 상호 작용을 원활하게 끕니다. 실제 전위에 평활 함수를 곱하면 유효 전위가 생성됩니다. 중간 범위에서 기능을 선택하는 것이 중요하며 힘을 계산할 수 있도록 이 영역에서 지속적으로 미분할 수 있어야 합니다. 본 연구에서는 1 Å의 스플라인 너비와 12.5 Å의 컷오프 거리에서 3차 스플라인 평활화 함수를 사용했습니다.

결과 및 토론

SARS-CoV-2 S-hACE2 복합체의 최종 구성은 그림 4a에 표시되어 있는 반면 SARS-CoV-2 스파이크와 다른 수의 점토 Na-몬모릴로나이트 결정자 사이의 복합체는 그림 4b, c에 각각 표시되어 있습니다. 비교를 위해 SARS-CoV-2 스파이크에 있는 점토 결정자의 다양한 비율/수에 대한 총 CED와 나중과 hACE2의 상호 작용이 그림 5에 표시됩니다.

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Materials Studio 소프트웨어에서 분자 수준 시뮬레이션 결과. 아 SARS-CoV-2 S 및 hACE2(CED =1 J/cm ³ ), b 12개의 Na-몬모릴로나이트 결정체와 상호작용하는 SARS-CoV-2 S 모델(CED =28 J/cm ³ ) 및 c 24개의 Na-montmorillonite 결정과 상호작용하는 SARS-CoV-2 S 모델(CED =154 J/cm ³ ) - 소프트웨어에 구현된 Sorption 기술을 사용하여 얻음

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SARS-CoV-2 S-hACE2에 대한 응집 에너지 밀도(CED)의 변화와 다른 수의 Na-몬모릴로나이트 결정을 갖는 전자의 복합체

우리의 경험을 바탕으로 우리는 나노 점토의 높은 접착 특성으로 인해 SARS-CoV-2 억제제로 작용할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 그들은 SARS-CoV-2에 존재하는 스파이크 S와 강력하게 연관되어 그것을 할 수 있습니다. 분자 수준의 상호 작용 시뮬레이션에서 얻은 결과는 SARS-CoV-2와 hACE2에 비해 나노 점토 사이의 매우 높은 CED로 인해 SARS-CoV-2를 억제할 수 있음을 나타냅니다(그림 5). 2 hACE2와 약혼. 또한 그림 5에서 나노점토에 의한 억제 정도가 양(용량) 의존적으로 증가한다는 결론을 내릴 수도 있다.

SARS-CoV-2 Spike S와 나노 점토 상호 작용

저자들은 초기 연구에서 암 세포와 미세 환경 간의 접착을 촉진하여 전이를 제어하는 ​​데 있어 나노 점토의 역할을 입증했습니다[10]. Na-montmorillonite와 palygorskite의 75/25 혼합물의 접착력 측정은 암세포와 세포외 기질 단백질 간의 접착력이 100% 증가하는 것을 보여주었습니다(그림 6a). Raji 세포와 fibronectin 단백질을 결합하는 나노 점토의 해당 SEM은 그림 6b에 나와 있습니다. 샘플 이미징은 플로리다 마이애미 대학의 Miller School of Medicine에서 FEI ESEM-FEG XL-30의 SEM 모드에서 수행되었습니다. 저자들은 또한 이전 연구에서 정전기, 반 데르 발스 및 ZP 인력이 접착 과정에서 지배적인 것으로 보인다는 것을 발견했습니다[10]. 우리는 동일한 메커니즘이 SARS-COV-2의 스파이크에 대한 나노 점토의 접착 표면의 결합도 촉진했을 것이라고 결론지었습니다(그림 7). ZP는 현탁액 매질에 존재하는 다른 성분과의 상호작용을 포함하여 콜로이드 형태의 분산 또는 응집 경향의 척도입니다. 일반적으로 30 mV(양 또는 음)보다 큰 제타 전위는 분산 경향을 나타내는 반면, 5mV 미만의 제타 전위는 일반적으로 응집을 초래합니다. 연구에 사용된 점토 나노입자(-24~-32 mV)의 더 높은 분산 경향 ZP는 더 높은 분산 경향을 일으키고 따라서 SARS-CoV-2 스파이크와의 상호 작용을 증폭하는 더 높은 표면적을 생성합니다. ZP를 기반으로 하는 Na-montmorillonite 나노입자는 친수성을 가지지만 염이 존재할 때 소수성 표면과 친수성 표면 사이의 2차 접착 메커니즘을 촉진하기도 합니다[10]. 또한 이러한 점토 나노입자는 친수성 특성과 상대적으로 높은 반발성 산-염기(AB) 상호작용으로 인해 높은 분산 경향을 갖는다는 점에 유의해야 합니다(표 1). 높은 분산은 차례로 매력적인 상호 작용을 증가시키기 위해 높은 표면적을 생성합니다. 더 높은 표면적은 반 데르 발 인력과 반대 전하를 띤 표면 사이의 정전기력으로 인해 더 큰 인력을 촉진합니다. 게다가, 상대적으로 정도는 낮지만 Na-몬모릴로나이트 입자의 양으로 대전된 가장자리도 스파이크 S에 전기적으로 끌립니다.

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아 다양한 비율의 Na-montmorillonite 및 palygorskite 점토 나노 입자로 처리하기 전과 후에 AFM을 사용한 Raji-Raji-FN 어셈블리 간의 접착력 측정 요약 [10]. 오차 막대는 시행의 변동을 나타냅니다. ㄴ 나노 점토에 의해 생성된 Raji 세포와 Fibronectin 단백질의 결합에 대한 SEM 이미지

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몬모릴로나이트 나노점토와 SARS-CoV-2 스파이크 S의 상호작용에 대한 세 가지 가능한 메커니즘:(1) 양으로 대전된 나노입자 가장자리와 음으로 대전된 바이러스 표면을 가진 Na/Ca 이온 사이의 정전기 인력. (2) 반 데르 발스 명소. (3) ZP 정전기 상호작용

SARS-CoV-2 스파이크 S와 점토 결정자의 상호 작용에 대한 분자 수준 시뮬레이션 결과(그림 5)도 위의 상호 작용 거동을 확인합니다. 점토 나노입자의 수착은 밀접하게 상호작용하는 반 데르 발스 인력 필드의 형성을 초래하는 것으로 관찰되었다. 이러한 반 데르 발스 인력 장은 점토/SARS-CoV-2 구성의 더 높은 CED를 생성합니다. 점토 결정자(그림 5)를 추가한 후 총 CED의 상당한 증가는 SARS-CoV-2와 hACE2의 친화도에 비해 이러한 입자와의 친화도가 매우 높다는 증거이기도 합니다.

의사 항체로서의 나노 점토

저자의 모든 현재 및 과거 연구를 기반으로 나노 점토의 고친화성 잠재력을 확립함으로써 우리는 나노 점토가 항체로 모방될 수 있고 따라서 인간 hACE2와 관련되기 전에 코로나바이러스를 끌어들이고 삼킬 수 있다고 가정합니다. 항체는 신체에서 감염을 제거하는 데 도움이 되는 적응 면역 반응의 일부로 형질 세포에 의해 합성되는 당단백질입니다. 항체는 식균 작용을 촉진하기 위한 병원체의 옵소닌화, 보체 시스템의 활성화, 미생물의 응집, 바이러스 및 독소의 중화와 같은 다양한 방식으로 감염 제거를 돕습니다. 바이러스 표면 단백질에 결합하면 항체는 세포의 표적 수용체에 바이러스가 부착되는 것을 방지함으로써 바이러스가 세포로 들어가는 것을 방지합니다. 항체 결합은 동일한 효과를 유발하는 다양한 메커니즘으로 이어지는 표면 단백질의 다른 부위에서 발생할 수 있습니다. SARS-CoV-2의 경우 항체에 의한 두 가지 바이러스 중화 메커니즘이 관찰되었으며[1, 48] 그림 1c, d에 나와 있습니다. 메커니즘 중 하나는 SARS-CoV-2-RBD의 부착 부위에 대한 항체의 직접 결합을 포함하여 항체가 표적 수용체 hACE2와 경쟁하게 됩니다. 또 다른 메커니즘은 표적 수용체와의 경쟁 없이 항체가 RBD의 다른 부위에 결합하는 것을 포함합니다. 후자는 연구에서 발견된 가장 강력한 단클론항체(mAb)에 의한 중화에 관여하는 것으로 나타났습니다[1, 48]. SARS-CoV-2 RBD와의 항체 상호작용과 유사하게, 후자가 hACE2와 결합하는 것을 억제하는 것과 유사하게, 유사한 분자 수준 모델이 나노 클레이에 대해 준비되어 코로나바이러스의 유사한 억제를 초래하고 그림 8에 표시됩니다. 매우 높은 친화력을 지닌 나노 점토는 SARS-CoV-2의 스파이크에 끌리게 되어 이러한 스파이크의 RBD와 hACE2의 결합을 제한합니다.

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나노 점토 입자와 SARS-CoV-2 스파이크 S의 상호 작용 메커니즘은 후자의 hACE2와의 상호 작용을 억제

나노 점토 관리 방법 제안

약물 운반체로서의 점토 사용은 여러 번 테스트되었으며 인체 세포에 대한 세포 독성이 거의 또는 전혀 없는 유망한 결과를 산출했습니다. 카올리나이트 점토 광물은 잠재적인 약물 전달 시스템에 사용하기 위해 테스트되었으며 높은 생체 적합성과 매우 낮은 세포 독성을 갖는 것으로 나타났습니다[11]. 시험관 내 폴리(d,l-락타이드-코-글리콜라이드)/몬모릴로나이트 나노입자 세포독성도 무시할 수 있는 것으로 입증되었습니다[14]. Palygorskite-polyethyleneimine-fluorescein isothiocyanate 나노복합체도 시험관 내에서 거의 세포독성을 나타내지 않았습니다[13]. 저자들은 또한 생체 내 연구에서 흑색종 치료를 위해 피하로 나노 점토를 주입한 경험이 있습니다[34]. 암 약물 운반체로 점토의 사용 및 기타 서방성 의약품 [25,26,27,28]을 기반으로, 우리는 나노 점토가 생체 내 검증 대상인 "점토 단독" 의약품으로 주입될 수 있음을 제안합니다. 및 임상 시험.

나노 점토는 생분해되지 않지만, 연구[49]에서 수행된 신체 대사 성능과 유사한 무기 나노 입자의 설계에 대한 포괄적인 이해는 이러한 나노 점토를 인체 투명 무기 제제로 분류할 수도 있습니다.

결론 및 권장 사항

저자의 모든 현재 및 과거 연구를 기반으로 나노 점토의 고친화성 잠재력을 확립하면 항체로 모방될 수 있으므로 인간 hACE2와 결합하기 전에 코로나바이러스를 끌어들여 삼킬 수 있습니다.

SARS-CoV-2 스파이크 S와 점토 결정자의 상호 작용에 대한 분자 수준 시뮬레이션의 결과는 밀접하게 상호 작용하는 강력한 반 데르 발스 인력 필드의 형성을 초래합니다. 이러한 반 데르 발스 인력 장은 점토/SARS-CoV-2 구성의 더 높은 CED를 생성합니다. 점토 미결정을 추가한 후 총 CED가 크게 증가한 것은 SARS-CoV-2와 hACE2의 친화도에 비해 이러한 입자와 매우 높은 친화력을 가지고 있다는 증거입니다.

우리는 SARS-CoV-2와 다른 비율의 나노 점토 사이의 시험관 내 상호 작용 연구를 수행하여 연구를 계속할 것을 제안합니다. 생체 외 단계에서 개발된 나노 점토의 최적 용량을 기반으로 동물에 대한 생체 내 연구를 수행할 것을 제안합니다. 동물 연구는 나노 점토 투여량을 확정하기 위해 나노 점토 유무에 관계없이 수행되어야 하며 임상 시험의 기초가 되어야 합니다.

데이터 및 자료의 가용성

이 연구 동안 생성되거나 분석된 모든 데이터는 이 출판된 기사에 포함됩니다.

고효율 실리콘 역피라미드 기반 부동태 이미터 및 후면 전지 YBa2Cu3O7-x를 희생 층으로 사용하여 독립형 단결정 산화물 박막을 향한 빠른 경로