Nano-clays sebagai Potensi Pseudo-antibodi untuk COVID-19
Abstrak
Terlepas dari beberapa upaya, pengembangan vaksin yang efektif untuk COVID-19 mungkin membutuhkan waktu lebih lama. Pengobatan tradisional/alami yang sudah dialami manusia bisa menjadi solusi lebih awal. Mempertimbangkan pengalaman tim peneliti dalam menggunakan nano-clays sebagai bahan afinitas tinggi untuk metastasis kanker, pengobatan melanoma, dan regenerasi tulang, kami mengusulkan untuk menggunakan nano-clays ini untuk pencegahan/pengobatan COVID-19. Karena afinitas tinggi, nano-clays akan menangkap virus sebelum yang terakhir terlibat dengan hACE2 manusia. Dalam penelitian ini, simulasi tingkat molekuler dan pemodelan interaksi lonjakan virus corona dan protein hACE2 dilakukan dengan dan tanpa nano-clay. Hasilnya menunjukkan tingkat afinitas/kohesivitas yang sangat tinggi antara spike SARS-CoV-2 dan nano-clays dibandingkan dengan yang pertama dan hACE2. Kami berasumsi bahwa nano-clays ini sejak telah digunakan sebagai pembawa obat juga dapat disuntikkan sebagai obat “clay-saja”. Rekomendasi juga telah diberikan untuk studi in vitro dan in vivo di masa mendatang.
Latar Belakang
Kemunculan tiba-tiba dan penyebaran cepat virus corona baru, SARS-CoV-2, telah secara signifikan mempengaruhi kesehatan dan kehidupan manusia selain secara kritis mempengaruhi ekonomi dunia. Spike S SARS-CoV-2 berikatan dengan afinitas tinggi terhadap enzim pengubah angiotensin manusia 2 (hACE2) dan menggunakannya sebagai reseptor masuk untuk menyerang sel target (Gbr. 1a, b) [1]. Protein lonjakan permukaan virus memediasi masuknya virus corona ke dalam sel inang. Protein lonjakan SARS-CoV-2 mengandung receptor-binding domain (RBD) yang mengenali secara eksplisit sebagai reseptornya hACE2 [2, 3]. Permukaan hACE2 berisi dua hotspot pengikat virus yang sangat penting untuk pengikatan SARS-CoV-2 S. Beberapa mutasi yang dipilih secara alami pada SARS-CoV-2 RBD mengelilingi hotspot ini dan mengatur infektivitas, patogenesis, dan transmisi SARS-CoV-2 lintas spesies dan manusia ke manusia [2, 4, 5].
Skema serangan SARS-CoV-2 pada hACE2 manusia dan respons sistem kekebalan selanjutnya. a , b RBD mengikat hACE2 tanpa gangguan. c RBD dikomplekskan dengan antibodi di situs perlekatan reseptor sehingga bersaing dengan hACE2. d RBD dikomplekskan dengan RBD di situs selain tempat reseptor menempel mengakibatkan perubahan struktur RBD dan gangguan penguncian dan pengikatan kunci RBD ke hACE2
Saat ini, tidak ada vaksin atau obat yang disetujui secara klinis yang secara khusus menargetkan SARS-CoV-2. Mengikuti protokol pengembangan vaksin yang sebenarnya, mungkin perlu waktu lebih lama untuk menghasilkan vaksin yang efektif. Ada banyak minat dalam pengembangan antibodi terapeutik terhadap SARS-CoV-2. Meskipun banyak upaya namun, antibodi ini belum ditemukan [6] kecuali dalam beberapa percobaan [7]. Satu percobaan menunjukkan netralisasi ampuh SARS-CoV-2 dengan mengikat RBD dari glikoprotein S-nya [8]. Dalam uji coba ini [8], koktail antibodi, campuran antibodi yang berbeda direkomendasikan karena efek netralisasi yang meningkat pada SARS-CoV-2. Namun, penggunaan antibodi di masa lalu dari pasien SARS-CoV yang sembuh untuk mengobati infeksi SARS-CoV telah menunjukkan reaksi merugikan pada pasien seperti Antibody-Dependent Enhancement (ADE) yang menyebabkan peningkatan infektivitas virus dan respons imun berbahaya lainnya [7]. Apalagi, berdasarkan pengalaman upaya pengembangan vaksin untuk SARS-CoV dan MERS, kemungkinan realisasi upaya yang dilakukan untuk SARS-CoV-2 tampaknya cukup tipis. Oleh karena itu, obat-obatan alami/tradisional yang memiliki riwayat aman dikonsumsi/ditelan oleh manusia dapat dipertimbangkan sebagai salah satu pilihan pengobatan untuk SARS-CoV-2. Menjadi bahan alami dan sejarah penggunaan/konsumsi manusia, kami menyarankan “tanah liat nano bermuatan tinggi” untuk digunakan sebagai penghambat virus corona dan penghambat masuknya spike-mediated ke dalam sel manusia.
Lempung nano, bahan alam berukuran nano yang berasal dari mineral batuan sedimen, memiliki afinitas yang sangat tinggi terhadap bakteri dan virus [9]. Karena substitusi isomorf dalam struktur molekulnya, lempung nano ini menunjukkan kekurangan muatan pada permukaannya. Kekurangan muatan pada permukaannya dinetralkan oleh molekul air dan kation terlarut (Gbr. 2). Struktur bermuatan dan luas permukaan besar nanopartikel tanah liat memberi mereka afinitas untuk entitas bermuatan, seperti yang ditemukan pada permukaan bakteri dan racun bakteri. Sifat biomedis mereka yang berbeda termasuk penyerapan yang tinggi, kemampuan untuk menelan mikroba, dan tidak ada toksisitas. Setiap mineral lempung yang aktif secara elektrik memiliki morfologi, karakteristik, dan perilaku interaksi yang berbeda. Aplikasi biomedis yang paling banyak dipelajari dari nano-clays termasuk sebagai pembawa dan kompleks untuk obat antikanker seperti 5-fluorouracil dan trastuzumab [11,12,13,14,15,16,17]. Oleh karena itu, mereka menjadi obat alternatif yang potensial untuk beberapa penyakit [18,19,20,21,22]. Nanopartikel tanah liat, karena sifat perekatnya, juga telah digunakan sebagai pembawa obat lepas lambat [15, 23]. Nano-clays juga telah berhasil digunakan untuk mengadsorbsi dan mengobati bovine rotavirus dan bovine coronavirus [24]. Peneliti [25] interkalasi metotreksat (MTX), agen antikanker, ke dalam tanah liat anionik untuk membuat obat nano-hibrida. Mereka menggunakan co-presipitasi dan metodologi hidrotermal berikutnya untuk mempersiapkan ini secara kimiawi, struktural, dan morfologis nano-tanah liat dua dimensi yang terdefinisi dengan baik. Para peneliti [26] menemukan bahwa karena biokompatibilitas dan kapasitas pemuatan yang tinggi, bentonit nano-clay dapat digunakan untuk persiapan pembawa obat. Dalam penelitian ini, mereka menyiapkan kompleks nano-clay doxorubicin-bentonite (kompleks DOX-Bent) untuk membentuk sistem pengiriman obat pelepasan berkelanjutan untuk kemoterapi melanoma intra-tumoral. Karena tanah liat montmorillonit baru-baru ini dipelajari untuk digunakan sebagai bahan tambahan dan pembawa obat, komposit nano-tanah liat ini menarik penggunaannya dalam berbagai bentuk dosis, terutama untuk pelepasan obat yang terkontrol [27]. Para peneliti [28] juga menemukan bahwa nano-clays dapat digunakan ke dalam sistem penghantaran obat fungsional ganda (DDS) baru-baru ini untuk memiliki efisiensi dalam penghantaran obat dan dengan demikian mengurangi toksisitas doksorubisin (DOX) yang digunakan untuk pengobatan kanker tiroid. Menggunakan perpustakaan dari 12 dendrimer Janus amfifilik tipe foto tunggal yang dapat dibelah, para peneliti [29] mengembangkan platform vesikel dendrimersom yang responsif terhadap cahaya yang dapat dirakit sendiri. Mirip dengan nano-clays, vesikel organik peniru virus bioaktif yang dimodifikasi permukaan dari (gliko) dendrimersom memiliki modifikasi struktural yang berkontribusi untuk memanifestasikan SARS-CoV-2 dan interaksi molekul patogen inang yang membantu virus untuk melarikan diri dari sistem kekebalan manusia. [30].
a Gambar SEM dan b struktur molekul Na-montmorillonit yang sesuai menunjukkan konfigurasi, substitusi isomorf, defisiensi muatan, dan kation antarlapisan (dari [10])
Melalui penelitian sebelumnya yang cukup besar, kami mengembangkan karakterisasi dasar dan pemodelan perilaku mineral lempung bermuatan [31,32,33], dan aplikasinya dalam pengendalian metastasis kanker [10], studi in vitro dan in vivo pada pengobatan melanoma [34] , dan studi deposisi kalsium/regenerasi tulang [35]. Dalam penelitian sebelumnya oleh penulis [35], ditunjukkan bahwa nanopartikel tanah liat memiliki afinitas tinggi pada permukaan bermuatan. Afinitas daya tarik yang tinggi dari nano-clays dan peningkatan daya tarik adhesi non-spesifik dari sel-sel kanker membuat nano-clays menjadi kandidat yang baik untuk mengendalikan metastasis kanker. Dalam penelitian tersebut, kami mendemonstrasikan kemungkinan penggunaan dua mineral lempung bermuatan untuk mengontrol metastasis sel kanker:Na-montmorillonit (SWy-3) dan palygorskite (PFl-l). Lebih lanjut ke temuan penelitian penulis sebelumnya [35] tentang penggunaan nano-clays ini untuk mengendalikan metastasis kanker, kami juga, melalui studi in vitro dan in vivo, menetapkan bahwa nano-clays ini memiliki efek penghambatan pada melanoma. sel kanker, terutama pada proliferasi dan viabilitas sel [34]. Dalam studi sebelumnya ini, selain eksperimen laboratorium, simulasi tingkat molekuler juga dilakukan pada interaksi nano-clay dan sel. Simulasi ini memberikan penilaian tingkat relatif kohesivitas/afinitas dalam interaksi dengan dan tanpa nanopartikel tanah liat.
Berdasarkan semua pengalaman penulis di atas tentang potensi afinitas tinggi dari nano-clays, kami mengusulkan bahwa nano-clays dapat ditiru sebagai antibodi dan dengan demikian dapat menarik dan menelan virus corona sebelum mereka terlibat dengan hACE2 manusia. Makalah ini adalah langkah pertama untuk membangun persepsi ini melalui pendekatan simulasi dan pemodelan tingkat molekuler. Berdasarkan hasil simulasi tingkat molekuler, juga diberikan garis besar rekomendasi untuk fase penelitian in vitro dan in vivo selanjutnya. Karena tanah liat nano ini juga berhasil digunakan sebagai pembawa obat, kami juga berpendapat bahwa mereka juga dapat disuntikkan/ditelan sebagai obat "tanah liat saja", dan dengan demikian, kami telah mengusulkan metodologi administrasi tanah liat nano tentatif untuk tujuan ini.
Material—Molekul
Seleksi dan Formulasi SARS-CoV-2 dan hACE2
Molekul SARS-CoV-2 spike S dan hACE2 diperoleh dari situs web bank data protein RCSB [36,37,38]. Model molekul SARS-CoV-2 spike S dan hACE2 yang diformulasikan dalam perangkat lunak Material Studio [39] masing-masing ditunjukkan pada Gambar. 3a, b. Sebelum menjadi subjek simulasi, molekul-molekul ini diisi menggunakan metode kesetimbangan muatan QEq dari perangkat lunak.
Model tingkat molekul dari a Lonjakan SARS-CoV-2, b hACE2, dan c Kristal na-montmorillonit yang diformulasikan dalam perangkat lunak Material Studio
Seleksi dan Formulasi Nano-clay Crystallite
Na-montmorillonit, salah satu anggota paling aktif dari kelompok mineral lempung smektit, dipilih untuk penelitian ini. Na-montmorillonit adalah smektit lempung phyllosilicate berlapis (Gbr. 2). Dalam bentuk koloid, ruang antara lapisan yang berdekatan dapat mengandung kation natrium, kalsium, atau magnesium bebas yang tertarik secara elektrostatik ke permukaan eksternal yang bermuatan negatif [40]. Dalam keadaan bubuk keringnya, Na-montmorillonit ada sebagai serpihan/lembaran ekidimensional dengan dimensi sekitar 0,5 × 0,5 × 0,001 mikron (Gbr. 2a). Muatan negatif pada permukaan antar lapisannya diseimbangkan oleh kation. Sebagai koloid, kation antarlapisan dipisahkan dari partikel lempung dan mengasosiasikan diri dengan permukaan bermuatan negatif lainnya. Partikel-partikel ini juga memiliki tepi bermuatan positif karena adanya ikatan yang putus di ujungnya. Morfologi dan karakteristik lebih lanjut dari nano-clay ini disajikan pada Tabel 1, sedangkan formulasi kristalitnya dalam perangkat lunak Materials Studio dijelaskan di bawah.
Dalam perangkat lunak, kristalit Na-montmorillonit diformulasikan berdasarkan sifat dasar seperti KTK, kation yang dapat ditukar, dan muatan interlayer (Tabel 1). Ukuran molekul/ukuran kristal dipilih berdasarkan hasil analisis ukuran partikel menggunakan teknik hamburan cahaya dinamis (DLS) [10]. Bentuk akhir kristalit lempung yang dibuat dalam perangkat lunak ditunjukkan pada Gambar 3c. Setelah persiapan kristalit ini dalam mode desain perangkat lunak menggunakan sifat yang melekat, ini dibebankan menggunakan metode kesetimbangan muatan QEq perangkat lunak.
Metode—Simulasi Tingkat Molekuler
Bagian dari penelitian ini terdiri dari simulasi dan penilaian interaksi spike S SARS-CoV-2 dengan kristalit tanah liat dan dengan hACE2. Meskipun model ini mungkin bukan replikasi lengkap dari kondisi in vitro yang sebenarnya, ini telah digabungkan dengan semua interaksi penting dan cukup cocok untuk studi relatif dan komparatif yang dimaksud.
Pada perangkat lunak tersebut dilakukan sorpsi dan simulasi konfigurasi formulasi kristalit SARS-CoV-2 S, Na-montmorillonit, dan hACE2 menggunakan teknik Monte Carlo (MC) dan mekanika molekuler (MM). Peningkatan afinitas dalam semua konfigurasi simulasi dinilai dalam hal kepadatan energi kohesif yang dihitung (CED)—CED dianggap sebagai pengukuran kekompakan sistem molekuler. Karena perhitungan berukuran besar yang terlibat dalam simulasi, perhitungan ini dilakukan dengan menggunakan fasilitas komputasi kinerja tinggi (HPC) di KFUPM, KSA. Metodologi keseluruhan dan pilihan metode tertentu dan parameter simulasi didasarkan pada penelitian penulis sebelumnya [41,42,43,44,45,46,47], sementara itu dirinci di bagian selanjutnya.
Interaksi Spike (S) SARS-CoV-2 dengan hACE2 dan Kristal Liat
Untuk simulasi interaksi SARS-CoV-2 S dengan kristalit lempung, berbagai jumlah kristalit lempung Na-montmorilonit disorbsi pada model SARS-CoV-2 S. Untuk simulasi sorpsi ini, metode Metropolis Monte Carlo dipilih dalam modul Sorption perangkat lunak. Dalam setiap langkah sorpsi, kristalit lempung menempati ruang di sekitar model spike S untuk menurunkan energi kompleks secara keseluruhan. Jumlah kristalit yang diperlukan diserap dalam maksimum 25.000 langkah, dan kemudian, energi sistem diminimalkan menggunakan modul perangkat lunak Forcite berdasarkan prinsip-prinsip MD. Proses penyerapan serupa diulangi untuk pemodelan interaksi molekul lonjakan SARS-CoV-2 dengan hACE2. Dalam proses ini, molekul hACE2 diserap di sekitar RBD lonjakan S SARS-CoV-2. Setelah proses sorpsi selesai, energi formulasi diminimalkan menggunakan modul perangkat lunak berbasis MD.
Modul Forcite dari perangkat lunak yang menggabungkan ansambel NPT (jumlah konstan partikel, tekanan, dan suhu) digunakan untuk simulasi MD dengan medan gaya universal yang dimodifikasi [41]. Simulasi dijalankan selama 5 hingga 30 ps dengan interval 0,5-fs atau hingga diperoleh volume konstan. Termostat Berendsen dengan konstanta peluruhan 0,1 ps digunakan untuk mengontrol suhu selama simulasi. Selama simulasi MD, suhu yang diasumsikan dijaga konstan pada 310 K (37 °C) dengan tekanan atmosfer (100 kPa). Barostat Berendsen dengan konstanta peluruhan 0,1 ps digunakan untuk mengontrol tekanan sistem. Metodologi Berendsen dianggap sebagai yang paling tepat untuk kristalit tunggal setelah beberapa percobaan yang melibatkan termostat dan barostat lain yang tersedia dalam perangkat lunak. Dalam metode Monte Carlo, parameter untuk rasio pertukaran, konformer, memutar, menerjemahkan, dan menumbuhkan kembali dipilih sebagai 0,39, 0,2, 0,2, 0,2, dan 0,2 masing-masing dengan probabilitas yang sesuai sebagai 0,39, 0,2, 0,2, 0,2, dan 0.2. Amplitudo yang diadaptasi untuk rotasi dan translasi masing-masing adalah 5° dan 1 Å.
Pengukuran Densitas Energi Kohesif (CED)
Dalam penelitian ini, penilaian tingkat afinitas/pengikatan pada kristalit tanah liat SARS-CoV-2 dan kompleks SARS-CoV-2-hACE2 diukur melalui perubahan CED. Setelah penyerapan kristalit lempung dan kinerja selanjutnya dari dinamika molekuler dari masing-masing konfigurasi, CED ditentukan menggunakan opsi densitas energi kohesif dari modul perangkat lunak Forcite. Para penulis telah mengalami bahwa konsep CED, yang terdiri dari CED total, van der Waals dan elektrostatik, dapat menjelaskan secara dekat berbagai proses dan interaksi tingkat molekuler dan mensimulasikan tingkat afinitas/pengikatan yang dibuat di antara kompleks yang disimulasikan [41,42 ,43,44,45,46,47]. Secara kuantitatif, CED didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk transisi 1 mol material dari fase cair ke fase gas. Ini juga merupakan ukuran saling afinitas/daya tarik molekul dan dinyatakan sebagai gaya elektrostatik dan van der Waals, yang dirata-ratakan pada ansambel NPT.
Dalam modul Forcite, energi van der Waals dievaluasi menggunakan cutoff berbasis atom. Dalam metode ini, interaksi non-ikatan hanya dihitung ke jarak cutoff, dan interaksi di luar jarak ini diabaikan. Untuk menghindari diskontinuitas yang disebabkan oleh cutoff langsung, kebanyakan simulasi menggunakan fungsi switching untuk mematikan interaksi non-ikatan pada rentang jarak dengan lancar. Potensi efektif dibuat dengan mengalikan potensi aktual dengan fungsi pemulusan. Pilihan fungsi dalam rentang menengah sangat penting dan harus terus menerus terdiferensiasi di wilayah ini sehingga gaya dapat dihitung. Dalam penelitian ini digunakan fungsi pemulusan spline kubik dengan lebar spline 1 Å dan jarak cutoff 12,5 Å.
Hasil dan Diskusi
Konfigurasi akhir kompleks SARS-CoV-2 S-hACE2 ditunjukkan pada Gambar. 4a, sedangkan kompleks antara lonjakan SARS-CoV-2 dan jumlah kristalit tanah liat Na-montmorillonit yang berbeda masing-masing ditunjukkan pada Gambar. 4b, c. Untuk tujuan perbandingan, total CED dari berbagai proporsi/jumlah kristal tanah liat pada lonjakan SARS-CoV-2 dan interaksi selanjutnya dengan hACE2 diplot pada Gambar 5.
Hasil simulasi tingkat molekul dalam Perangkat Lunak Material Studio. a SARS-CoV-2 S dan hACE2 (CED =1 J/cm
3
), b Model SARS-CoV-2 S berinteraksi dengan dua belas kristal Na-montmorillonit (CED =28 J/cm
3
), dan c Model SARS-CoV-2 S berinteraksi dengan dua puluh empat kristal Na-montmorillonit (CED =154 J/cm
3
)—diperoleh menggunakan teknik Sorption yang diimplementasikan dalam perangkat lunak
Variasi densitas energi kohesif (CED) untuk SARS-CoV-2 S-hACE2 dan kompleks sebelumnya dengan jumlah kristalit Na-montmorillonit yang berbeda
Berdasarkan pengalaman kami, kami telah berhipotesis bahwa nano-clays, karena sifat perekatnya yang tinggi, juga dapat bertindak sebagai inhibitor SARS-CoV-2. Mereka dapat melakukannya dengan mengaitkan secara kuat dengan lonjakan S yang ada pada SARS-CoV-2. Hasil yang diperoleh dari simulasi tingkat molekuler dari interaksi menunjukkan bahwa karena CED yang sangat tinggi antara SARS-CoV-2 dan nano-clays dibandingkan dengan yang pertama dan hACE2 (Gbr. 5), mereka dapat menghambat SARS-CoV- 2 dari bertunangan dengan hACE2. Selain itu, dapat juga disimpulkan dari Gambar 5 bahwa tingkat penghambatan karena nano-clays meningkat secara kuantitas (dosis).
Interaksi Nano-clay dengan SARS-CoV-2 Spike S
Penulis, dalam penelitian mereka sebelumnya, telah menunjukkan peran nano-clays dalam mempromosikan adhesi di antara sel-sel kanker dan lingkungan mikro mereka dan karenanya mengendalikan metastasis [10]. Pengukuran adhesi campuran 75/25 Na-montmorillonit dan palygorskite menunjukkan peningkatan adhesi sebesar 100% di antara sel kanker dan protein matriks ekstraseluler (Gbr. 6a). SEM yang sesuai dari nano-clays yang mengikat sel Raji dan protein fibronektin ditunjukkan pada Gambar. 6b. Pencitraan sampel dilakukan dalam mode SEM dalam FEI ESEM-FEG XL-30 di Miller School of Medicine, University of Miami, Florida. Penulis juga menemukan dalam penelitian mereka sebelumnya bahwa gaya tarik elektrostatik, van der Waals, dan ZP tampaknya mendominasi dalam proses adhesi [10]. Kami menyimpulkan bahwa mekanisme yang sama juga akan memfasilitasi pengikatan permukaan perekat dari nano-clays ke lonjakan SARS-COV-2 (Gbr. 7). ZP adalah ukuran kecenderungan dispersi atau flokulasi dalam bentuk koloid, termasuk interaksi dengan konstituen lain yang ada dalam media suspensi. Sebagai aturan umum, potensi zeta lebih besar dari 30 mV (baik positif atau negatif) menunjukkan kecenderungan dispersi, sedangkan potensi zeta kurang dari 5 mV umumnya menghasilkan aglomerasi. Kecenderungan dispersi yang lebih tinggi ZP dari nanopartikel tanah liat yang digunakan dalam penelitian (− 24 hingga 32 mV) mengarah pada kecenderungan dispersi yang lebih tinggi dan karenanya dalam pembentukan luas permukaan yang lebih tinggi memperkuat interaksi dengan lonjakan SARS-CoV-2. Meskipun berdasarkan ZP mereka, nanopartikel Na-montmorillonit memiliki sifat hidrofilik, mereka, dengan adanya garam, juga mempromosikan mekanisme adhesi sekunder antara permukaan hidrofobik dan hidrofilik [10]. Perlu juga dicatat bahwa nanopartikel lempung ini memiliki kecenderungan dispersi yang tinggi karena sifat hidrofiliknya dan interaksi asam-basa (AB) yang relatif lebih tinggi (Tabel 1). Dispersi tinggi, pada gilirannya, menghasilkan generasi luas permukaan yang tinggi untuk meningkatkan interaksi yang menarik. Area permukaan yang lebih tinggi mendorong daya tarik yang lebih besar karena gaya tarik van der Waal dan gaya elektrostatik di antara permukaan yang bermuatan berlawanan. Selain itu, meskipun dalam derajat yang relatif lebih rendah, tepi bermuatan positif partikel Na-montmorillonit juga tertarik secara elektrik ke spike S.
a Ringkasan pengukuran gaya adhesi antara rakitan Raji-Raji-FN menggunakan AFM, sebelum dan sesudah perlakuan dengan berbagai proporsi nanopartikel lempung Na-montmorilonit dan palygorskite [10]. Bilah kesalahan mewakili variasi dalam uji coba. b Gambar SEM dari pengikatan sel Raji dan protein Fibronektin yang diproduksi oleh nano-clays
Tiga kemungkinan mekanisme interaksi tanah liat nano montmorillonit dengan lonjakan SARS-CoV-2 S:(1) Daya tarik elektrostatik antara tepi nanopartikel bermuatan positif dan ion Na/Ca dengan permukaan virus bermuatan negatif. (2) Atraksi Van der Waals. (3) interaksi elektrostatik ZP
Hasil simulasi tingkat molekuler untuk interaksi SARS-CoV-2 spike S dengan kristal tanah liat (Gbr. 5) juga mengkonfirmasi perilaku interaksi di atas. Telah diamati bahwa penyerapan nanopartikel tanah liat menghasilkan pembentukan medan tarik van der Waals yang berinteraksi erat. Medan daya tarik van der Waals ini menghasilkan CED yang lebih tinggi dari konfigurasi tanah liat/SARS-CoV-2. Peningkatan substansial total CED setelah penambahan kristal tanah liat (Gbr. 5) juga merupakan bukti afinitas SARS-CoV-2 yang sangat tinggi dengan partikel-partikel ini dibandingkan dengan afinitas sebelumnya dengan hACE2.
Nano-clays sebagai Pseudo-antibodi
Berdasarkan semua penelitian saat ini dan sebelumnya oleh penulis, menetapkan potensi afinitas tinggi dari nano-clays, kami berasumsi bahwa nano-clays dapat ditiru sebagai antibodi dan dengan demikian dapat menarik dan menelan virus corona sebelum mereka terlibat dengan hACE2 manusia. Antibodi adalah glikoprotein yang disintesis oleh sel plasma sebagai bagian dari respon imun adaptif untuk membantu pembersihan infeksi dari tubuh. Antibodi membantu pembersihan infeksi dengan berbagai cara, seperti opsonisasi patogen untuk memfasilitasi fagositosis, aktivasi sistem komplemen, aglutinasi mikroba, dan netralisasi virus dan toksin. Ketika terikat pada protein permukaan virus, antibodi mencegah masuknya virus ke dalam sel dengan mencegah perlekatan virus ke reseptor targetnya di sel. Pengikatan antibodi dapat terjadi di tempat yang berbeda pada protein permukaan yang mengarah ke berbagai mekanisme yang menyebabkan efek yang sama. Dalam kasus SARS-CoV-2, dua mekanisme netralisasi virus oleh antibodi telah diamati [1, 48] dan ditunjukkan pada Gambar. 1c, d. Salah satu mekanismenya melibatkan pengikatan langsung antibodi ke situs perlekatan SARS-CoV-2-RBD, yang mengakibatkan antibodi bersaing dengan reseptor target hACE2. Mekanisme lain melibatkan pengikatan antibodi ke situs lain di RBD tanpa persaingan dengan reseptor target. Yang terakhir ini terbukti terlibat dalam netralisasi oleh Antibodi Monoklonal (mAb) paling kuat yang ditemukan dalam penelitian ini [1, 48]. Analog dengan interaksi antibodi dengan SARS-CoV-2 RBD, menghambat yang terakhir untuk terlibat dengan hACE2, model tingkat molekul yang serupa disiapkan untuk nano-clays yang menghasilkan penghambatan serupa terhadap virus corona dan ditunjukkan pada Gambar. 8. Karena afinitasnya yang sangat tinggi, nano-clays akan tertarik pada lonjakan SARS-CoV-2 dan dengan demikian membatasi keterlibatan RBD dari lonjakan ini dengan hACE2.
Mekanisme interaksi partikel nano-clay dengan SARS-CoV-2 spike S menghambat interaksi selanjutnya dengan hACE2
Metodologi Administrasi Nano-clay yang Diusulkan
Penggunaan tanah liat sebagai pembawa obat telah diuji beberapa kali, menghasilkan hasil yang menjanjikan dengan sedikit atau tanpa sitotoksisitas pada sel-sel tubuh manusia. Mineral lempung kaolinit telah diuji untuk digunakan dalam sistem penghantaran obat yang potensial dan terbukti memiliki biokompatibilitas yang tinggi dan sitotoksisitas yang sangat rendah [11]. Sitotoksisitas nanopartikel poli (d,l-laktida-co-glikolida)/montmorillonit in vitro juga dapat diabaikan [14]. Palygorskite-polyethyleneimine-fluorescein isothiocyanate nanocomposites juga menunjukkan hampir tidak ada sitotoksisitas in vitro [13]. Penulis juga mengalami injeksi nano-clays secara subkutan untuk pengobatan melanoma selama studi in vivo [34]. Berdasarkan penggunaan tanah liat sebagai pembawa obat kanker dan obat lepas lambat lainnya [25,26,27,28], kami mengusulkan bahwa nano-clays dapat disuntikkan sebagai obat "tanah liat-sendiri" yang harus diverifikasi in vivo dan uji klinis.
Meskipun nano-clays bersifat non-biodegradable, pemahaman yang komprehensif tentang desain nanopartikel anorganik serupa dengan kinerja metabolisme mereka dalam tubuh yang dilakukan dalam penelitian [49] juga dapat mengkategorikan nano-clays ini sebagai agen anorganik yang dapat dibersihkan oleh tubuh manusia.
Kesimpulan dan Rekomendasi
Berdasarkan semua penelitian saat ini dan sebelumnya oleh penulis, menetapkan potensi afinitas tinggi dari nano-clays, ini dapat ditiru sebagai antibodi dan dengan demikian dapat menarik dan menelan virus corona sebelum mereka terlibat dengan hACE2 manusia.
Hasil simulasi tingkat molekuler untuk interaksi SARS-CoV-2 spike S dengan kristalit lempung menghasilkan pembentukan medan tarik van der Waals kuat yang berinteraksi erat. Medan daya tarik van der Waals ini menghasilkan CED yang lebih tinggi dari konfigurasi tanah liat/SARS-CoV-2. Peningkatan substansial total CED setelah penambahan kristal tanah liat juga merupakan bukti afinitas SARS-CoV-2 yang sangat tinggi dengan partikel-partikel ini dibandingkan dengan afinitas sebelumnya dengan hACE2.
Kami mengusulkan untuk melanjutkan penelitian dengan melakukan studi interaksi in vitro antara SARS-CoV-2 dan persentase nano-clay yang berbeda. Berdasarkan dosis optimum nano-clay yang dikembangkan pada fase in vitro, kami menyarankan untuk melakukan studi in vivo pada hewan. Penelitian pada hewan harus dilakukan baik dengan dan tanpa nano-clay untuk menyelesaikan dosis nano-clay dan harus meletakkan dasar untuk uji klinis.
Ketersediaan Data dan Materi
Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama penelitian ini disertakan dalam artikel yang dipublikasikan ini.
