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Partícula parecida 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 de forma natural o sintetizarse a través de la expresión individual de proteínas estructurales virales, que luego pueden autoensamblarse en la estructura similar al virus. [1] [2] [3] [4] Se pueden utilizar combinaciones de proteínas estructurales de la cápside de diferentes virus para crear VLP recombinantes. Se ha demostrado con éxito que tanto el ensamblaje in vivo (es decir, el ensamblaje dentro de la bacteria E. coli mediante la 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) forman partículas similares a virus. Las VLP derivadas del virus de la hepatitis B (VHB) y compuestas del 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 (por ejemplo, virus adenoasociado ), Retroviridae (por ejemplo, VIH ), Flaviviridae (por ejemplo, virus de la hepatitis C ), Paramyxoviridae (por ejemplo, Nipah ) y bacteriófagos (por ejemplo, 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. Estos son 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 se pueden utilizar los virus sustitutos que expresan la proteína de pico del SARS-CoV-2 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 candidato para la administración de genes u otros agentes terapéuticos. [12] Se ha demostrado que estos agentes de administración de fármacos se dirigen de manera eficaz a las células cancerosas in vitro . [13] Se plantea la hipótesis de que las VLP pueden acumularse en sitios tumorales debido a la mayor permeabilidad y efecto de retención , lo que podría ser útil para la administración de fármacos o la obtención de imágenes tumorales. [14]

Vacunas

Las VLP son útiles como vacunas . Las VLP contienen presentaciones repetitivas de alta densidad de proteínas de superficie viral que presentan epítopos virales conformacionales que pueden provocar fuertes respuestas inmunitarias 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. [16]

Existe 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 consiste en VLP recombinantes ensambladas a partir de las proteínas L1 de los tipos 6, 11, 16 y 18 de VPH expresadas en levadura . Está adyuvada con sulfato de hidroxifosfato de aluminio. Gardasil-9 consiste en epítopos L1 de 31, 33, 45, 52 y 58 además de los epítopos L1 enumerados que se encuentran en Gardasil. Cervarix consiste en VLP recombinantes ensambladas a partir de las proteínas L1 de los tipos 16 y 18 de VPH, expresadas en células de insectos, y está adyuvada con lípido 3-O-Desacil-4-monofosforil (MPL) A e hidróxido de aluminio. [17]

La primera vacuna VLP contra la malaria, Mosquirix ( RTS,S ), ha sido aprobada por los organismos reguladores de la UE. Se expresó en levadura. RTS,S es una porción de la proteína circumsporozoíto 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 consiste en (MPL)A y saponina ).

La producción de vacunas puede comenzar tan pronto como se secuencia la cepa del virus y puede tomar tan solo 12 semanas, en comparación con los 9 meses de las vacunas tradicionales. En los primeros ensayos clínicos, las vacunas VLP contra 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 VLP contra la gripe. [ 19] [20] Varias vacunas VLP para COVID-19 , incluida Novavax , están en desarrollo. [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 separadas por fases, lípidos y proteínas para imitar la compartimentación jerárquica de los sistemas naturales y formar nanomateriales funcionales inspirados en la biología. [22] [23] [24] Por ejemplo, se utilizó el autoensamblaje de proteínas para encapsular múltiples copias de jaulas de proteína de ferritina como subcompartimentos dentro de una partícula similar al virus P22 como un compartimento más grande que esencialmente forma una estructura de jaula dentro de jaula anidada similar a Matryoshka. [25] Los autores demostraron además la encapsulación estequiométrica de la enzima β-glicosidasa CelB, que hidroliza la celobiosa, junto con jaulas de proteína de ferritina utilizando una estrategia de autoensamblaje in vitro para formar una estructura de jaula de proteína inspirada en células de múltiples compartimentos. Utilizando una estrategia similar, las enzimas biosintetizadoras de glutatión se encapsularon dentro de partículas similares al virus del bacteriófago P22. [26] En una investigación separada, un citocromo C pequeño de 3,5 nm con actividad similar a la peroxidasa se encapsuló dentro de una jaula de proteína Dps pequeña de 9 nm para formar una estructura de jaula de proteína inspirada en orgánulos. [27]

Tecnología de lipopartículas

La lipopartícula VLP se desarrolló para ayudar al estudio de las proteínas de membrana integrales . [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 integrales están involucradas en diversas funciones biológicas y son el objetivo de casi el 50% de los medicamentos 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 los receptores acoplados a proteína G (GPCR), los canales iónicos y las envolturas virales. Las lipopartículas proporcionan una plataforma para numerosas aplicaciones, incluida la detección de anticuerpos, la producción de inmunógenos y los ensayos de unión de ligandos. [29] [30]

Asamblea

La comprensión del autoensamblaje de las VLP se basaba 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 mismo del estudio sobre el ensamblaje viral. [31] El estudio también revela que el ensamblaje in vitro de las VLP compite con la agregación [32] y existen ciertos mecanismos dentro de la célula para evitar la formación de agregados mientras se lleva a cabo el ensamblaje. [33]

Vinculación de grupos de destino a superficies VLP

La unión de proteínas, ácidos nucleicos o moléculas pequeñas a la superficie de la VLP, por ejemplo, para dirigirse a un tipo de célula específico o para generar una respuesta inmunitaria, resulta útil. En algunos casos, una proteína de interés se puede fusionar genéticamente a la proteína de la cubierta viral. [34] Sin embargo, este enfoque a veces conduce a un ensamblaje deficiente de la VLP y tiene una utilidad limitada si el agente de selección no está basado en proteínas. Una alternativa es ensamblar la VLP y luego utilizar reticulantes químicos, [35] aminoácidos no naturales reactivos [36] o la reacción SpyTag/SpyCatcher [37] [38] para unir covalentemente la molécula de interés. Este método es eficaz para dirigir la respuesta inmunitaria contra la molécula unida, induciendo así altos niveles de anticuerpos neutralizantes e incluso pudiendo romper la tolerancia a las proteínas propias que se muestran en las VLP. [38]

Referencias

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