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Partícula similar a un virus

Las partículas similares a virus (VLP) son moléculas que se parecen mucho a los virus , pero no son infecciosas porque no contienen material genético viral. Pueden ocurrir naturalmente o sintetizarse a través de la expresión individual de proteínas estructurales virales, que luego pueden autoensamblarse en una estructura similar a la de un virus. [1] [2] [3] [4] Se pueden utilizar combinaciones de proteínas estructurales de la cápside de diferentes virus para crear VLP recombinantes. Tanto el ensamblaje in vivo (es decir, el ensamblaje dentro de la bacteria E. coli mediante coexpresión recombinante de múltiples proteínas) como el ensamblaje in vitro (es decir, el autoensamblaje de proteínas en un recipiente de reacción utilizando cantidades estequiométricas de proteínas previamente purificadas) se han logrado con éxito. Se ha demostrado que forma partículas similares a virus. Las VLP derivadas del virus de la hepatitis B (VHB) y compuestas por el pequeño antígeno de superficie derivado del VHB ( HBsAg ) se describieron en 1968 a partir de sueros de pacientes. [5] Las VLP se han producido a partir de componentes de una amplia variedad de familias de virus, incluidos Parvoviridae (p. ej., virus adenoasociado ), Retroviridae (p. ej. , VIH ), Flaviviridae (p. ej. , virus de la hepatitis C ), Paramyxoviridae (p. ej., Nipah ) y bacteriófagos (p. ej., Qβ). , AP205). [1] Las VLP se pueden producir en múltiples sistemas de cultivo celular, incluidas bacterias, líneas celulares de mamíferos, líneas celulares de insectos, levaduras y células vegetales. [6] [7]

Las VLP también pueden referirse a estructuras producidas por algunos retrotransposones LTR (bajo Ortervirales ) en la naturaleza. Se trata de viriones defectuosos e inmaduros , que a veces contienen material genético, que generalmente no son infecciosos debido a la falta de una envoltura viral funcional . [8] [9] Además, las avispas producen vectores de polidnavirus con genes patógenos (pero no genes virales centrales) o VLP sin genes para ayudar a controlar a su huésped. [10] [11]

Aplicaciones

Este diagrama muestra cómo los virus sustitutos que expresan la proteína de pico del SARS-CoV-2 se pueden usar para medir la actividad de los anticuerpos neutralizantes que se dirigen a la proteína de pico y evitan que el virus ingrese a las células huésped .

Agentes terapéuticos y de imagen.

Las VLP son un sistema de administración candidato para genes u otras terapias. [12] Se ha demostrado que estos agentes de administración de fármacos se dirigen eficazmente a las células cancerosas in vitro . [13] Se plantea la hipótesis de que las VLP pueden acumularse en los sitios tumorales debido al aumento de la permeabilidad y el efecto de retención , lo que podría ser útil para la administración de fármacos o la obtención de imágenes de tumores. [14]

Vacunas

Las VLP son útiles como vacunas . Las VLP contienen exhibiciones repetitivas y de alta densidad de proteínas de superficie viral que presentan epítopos virales conformacionales que pueden provocar fuertes respuestas inmunes de células T y B. [15] El pequeño radio de las partículas, de aproximadamente 20-200 nm, permite un drenaje suficiente hacia los ganglios linfáticos . Dado que las VLP no pueden replicarse, proporcionan una alternativa más segura a los virus atenuados . Las VLP se utilizaron para desarrollar vacunas aprobadas por la FDA para la hepatitis B y el virus del papiloma humano , que están disponibles comercialmente. [dieciséis]

Está disponible una selección de vacunas basadas en partículas similares a virus contra el virus del papiloma humano (VPH), como Cervarix de GlaxoSmithKline junto con Gardasil y Gardasil - 9, producidas por Merck & Co. Gardasil consta de VLP recombinantes ensambladas a partir de las proteínas L1 de los tipos 6, 11, 16 y 18 del VPH expresados ​​en levadura . Está adyuvado con sulfato de hidroxifosfato de aluminio. Gardasil-9 consta de epítopos L1 de 31, 33, 45, 52 y 58, además de los epítopos L1 enumerados que se encuentran en Gardasil. Cervarix consta de VLP recombinantes ensambladas a partir de las proteínas L1 de los tipos 16 y 18 del VPH, expresadas en células de insectos, y está adyuvada con 3-O-Desacil-4-monofosforil lípido (MPL) A e hidróxido de aluminio. [17]

La primera vacuna VLP contra la malaria, Mosquirix ( RTS,S ), ha sido aprobada por los reguladores de la UE. Se expresó en levadura. RTS,S es una porción de la proteína circumsporozoito de Plasmodium falciparum fusionada al antígeno de superficie de la hepatitis B (RTS), combinada con el antígeno de superficie de la hepatitis B (S) y con adyuvante AS01 (que consta de (MPL)A y saponina .

La producción de vacunas puede comenzar tan pronto como se secuencia la cepa del virus y puede tardar tan solo 12 semanas, en comparación con los 9 meses de las vacunas tradicionales. En los primeros ensayos clínicos, las vacunas VLP para la influenza parecieron brindar protección completa tanto contra el subtipo H5N1 del virus de la influenza A como contra la pandemia de gripe de 1918 . [18] Novavax y Medicago Inc. han realizado ensayos clínicos de sus vacunas contra la gripe VLP. [19] [20] Se están desarrollando varias vacunas VLP para COVID-19 , incluida Novavax . [16] [21]

Las VLP se han utilizado para desarrollar una vacuna candidata preclínica contra el virus chikungunya . [15]

Síntesis de materiales bioinspirados

La compartimentación es un tema común en biología. La naturaleza está llena de ejemplos de estructuras multicomponentes compartimentadas jerárquicamente que se autoensamblan a partir de bloques de construcción individuales. Inspirándose en la naturaleza, se han utilizado enfoques sintéticos que utilizan polímeros, microgotas de fases separadas, lípidos y proteínas para imitar la compartimentación jerárquica de sistemas naturales y formar nanomateriales funcionales bioinspirados. [22] [23] [24] Por ejemplo, se utilizó el autoensamblaje de proteínas para encapsular múltiples copias de jaulas de proteínas de ferritina como subcompartimentos dentro de una partícula similar al virus P22 como un compartimento más grande que esencialmente forma una jaula anidada similar a una matrioska dentro de una partícula. estructura de jaula. [25] Los autores demostraron además la encapsulación estequiométrica de la enzima β-glucosidasa CelB hidrolizante de celobiosa junto con jaulas de proteína de ferritina utilizando una estrategia de autoensamblaje in vitro para formar una estructura de jaula de proteína de múltiples compartimentos inspirada en células. Utilizando una estrategia similar, se encapsularon enzimas biosintetizadoras de glutatión dentro de partículas similares al virus del bacteriófago P22. [26] En una investigación separada, se encapsuló un citocromo C pequeño de 3,5 nm con actividad similar a la peroxidasa dentro de una pequeña jaula de proteína Dps de 9 nm para formar una estructura de jaula de proteína inspirada en orgánulos. [27]

Tecnología de lipopartículas

La lipopartícula VLP fue desarrollada para ayudar en el estudio de proteínas integrales de membrana . [28] Las lipopartículas son VLP estables, altamente purificadas y homogéneas que están diseñadas para contener altas concentraciones de una proteína de membrana de interés conformacionalmente intacta. Las proteínas de membrana integral están involucradas en diversas funciones biológicas y son el objetivo de casi el 50% de los fármacos terapéuticos existentes. Sin embargo, debido a sus dominios hidrofóbicos, las proteínas de membrana son difíciles de manipular fuera de las células vivas. Las lipopartículas pueden incorporar una amplia variedad de proteínas de membrana estructuralmente intactas, incluidos receptores acoplados a proteína G (GPCR), canales iónicos y envolturas virales. Las lipopartículas proporcionan una plataforma para numerosas aplicaciones, incluida la detección de anticuerpos, la producción de inmunógenos y ensayos de unión de ligandos. [29] [30]

Asamblea

La comprensión del autoensamblaje de las VLP alguna vez se basó en el ensamblaje viral. Esto es racional siempre que el ensamblaje de las VLP tenga lugar dentro de la célula huésped ( in vivo ), aunque el evento de autoensamblaje se descubrió in vitro desde el comienzo del estudio sobre el ensamblaje viral. [31] El estudio también revela que el ensamblaje in vitro de VLP compite con la agregación [32] y existen ciertos mecanismos dentro de la célula para evitar la formación de agregados mientras el ensamblaje está en curso. [33]

Vincular grupos de destino a superficies VLP

Es útil unir proteínas, ácidos nucleicos o moléculas pequeñas a la superficie de las VLP, como para apuntar a un tipo de célula específico o para generar una respuesta inmune. En algunos casos, una proteína de interés puede fusionarse genéticamente con la proteína de la cubierta viral. [34] Sin embargo, este enfoque a veces conduce a un deterioro del ensamblaje de VLP y tiene una utilidad limitada si el agente objetivo no está basado en proteínas. Una alternativa es ensamblar la VLP y luego usar entrecruzadores químicos, [35] aminoácidos reactivos no naturales [36] o reacción SpyTag/SpyCatcher [37] [38] para unir covalentemente la molécula de interés. Este método es eficaz para dirigir la respuesta inmune contra la molécula adjunta, induciendo así altos niveles de anticuerpos neutralizantes e incluso capaz de romper la tolerancia a las autoproteínas mostradas en las VLP. [38]

Referencias

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