Phối tử đa-sulfonate trên hạt nano vàng diệt virus sốt xuất huyết

Tác giả: Nguyễn Thị Duyên, Tiến sĩ Võ Đức Duy.

Virus sốt xuất huyết (dengue virus, DENV) gây ra 390 triệu ca nhiễm mỗi năm và hiện tại vẫn chưa có thuốc đặc trị. Nghiên cứu này cho thấy khả năng diệt virus của các hạt nano vàng bọc phối tử đuôi omega (ω-terminated) chứa các nhóm đường liên kết nhiều nhóm sulfonate. Hai ứng viên tiêu biểu, phối tử đường nho (glucose-based ligand) và phối tử đường sữa (lactose-based ligand), cho thấy tiềm lực diệt virus sốt xuất huyết loại 2 (DENV-2) cao; độc tính trung bình và có thể diệt virus trong tế bào gan.

Trong thời điểm hiện tại, DENGVAXIA của tập đoàn dược Sanofi, mới được FDA chấp thuận, là vaccine duy nhất cho bệnh sốt xuất huyết nhưng có nguy cơ gây nguy hiểm cho những người chưa bị phơi nhiễm và chỉ dùng cho những ca đã được xác nhận bởi phòng thí nghiệm. Gần đây, hạt nano (nano particle, NP) được đề xuất làm phương pháp điều trị chống virus. NP có thể được sử dụng làm hệ thống dẫn thuốc cho các loại thuốc chống virus truyền thống để tăng hiệu quả và giảm tác dụng phụ hoặc chính NP làm thuốc. NP nạp thuốc chủ yếu nhắm vào các cơ chế ức chế nội bào. Mặc dù vậy, cung cấp thuốc nội bào bằng hạt nano phải đối mặt với những trở ngại chủ yếu giống như các loại thuốc đơn thuần. Do đó, sử dụng NP làm thuốc có vẻ hứa hẹn hơn. NP vàng (AuNP) phủ bằng các phối tử MUS (mercapto-undecansulfonic acid) có khả năng bắt chước điểm gắn kết HSPG (heparan sulfate proteoglycans) trên bề mặt tế bào, ngăn chặn thành công sự lây nhiễm trong các tế bào động vật có vú.

Trong nghiên cứu này, độ dài chuỗi cũng như số nhóm sulfonate được thay đổi để hiểu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sự tương tác giữa virus và hạt nano. Kết quả cho thấy phức hợp phối tử đa-sulfonate (multi-sulfonated complex ligand) đầu glucose có phần hiệu quả hơn so với phối tử MUS độc-sulfonate (mono-sulfonated ligand MUS) được sử dụng trong các thí nghiệm trước đây. Hợp chất này có tiềm năng đầy hứa hẹn là thuốc kháng virus, có tác dụng diệt phần lớn virus vĩnh viễn. Mô phỏng lắp ghép phân tử, được thực hiện trên túi liên kết phối tử của vỏ protein DENV-2, cho thấy tương tác quan trọng giữa các nhóm thế sulfonate và phần dư cụ thể của protein DENV-2, cung cấp cơ sở về mặt phân tử đằng sau hoạt động chống virus của phối tử.

Kết quả và Thảo luận

Chuẩn bị và phân loại hạt nano. Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được dùng để đánh giá khả năng tổng hợp phức hợp phối tử và hạt nano vàng (L-AuNP). Nhuộm màu âm cực TEM kiểm chứng sự có mặt của các nhóm phối tử từ 1 đến 6 (L1, L2, L4, L5, L6), trừ phối tử nhóm 3 (L3). Sự hiện diện của lớp vỏ hữu cơ ở bề mặt NP là quầng xám bao quanh AuNP và tối hơn nền. Đối với L4 gắn AuNP, vỏ hữu cơ cho kết quả ít rõ ràng hơn, có lẽ do chuỗi dài hơn trong cấu trúc hóa học của L4 so với các nhóm phối tử khác.

Hạt nano chống virus sốt xuất huyết.

Độc tính tế bào Vero** cao nhất đối với L6-1-AuNP và thấp nhất đối với L4-1-AuNP. Tuy nhiên, không chứng minh được có xu hướng rõ ràng về sự phụ thuộc của độc tố lên số lượng nhóm sulfonate trên từng phối tử phân tử hoặc chiều dài chuỗi phân tử. Nhóm phối tử đa-sulfonate (L2-AuNP) có hiệu quả hơn trong việc ức chế DENV-2 so với phối tử MUS chuỗi đơn dài, chứng tỏ định hướng không gian (spatial orientation) và số lượng nhóm sulfonate có ảnh hưởng đến khả năng gắn kết với vỏ virus.

Để xác định xem L-AuNP có khả năng ức chế virus vĩnh viễn, tức diệt virus, hay không, L-AuNP được ủ bằng DENV-2, sau đó hỗn hợp được pha loãng và thêm vào hai loại tế bào (Vero và HepG2-hNTCP***). Kết quả cho thấy chỉ L2- và L6-AuNP có hiệu quả diệt virus trong khi số còn lại chỉ có thể ức chế virus một cách tạm thời (Bảng 1, Bảng 3 trong nguyên tác).

Cả L2-3-AuNP và L6-2-AuNP đều diệt virus tốt và có khả năng giảm hiệu giá TCID50 lần lượt là log10 TCID50 2.5 và 3.1. L6-AuNP rất hiệu quả trong việc diệt DENV-2 trên tế bào Vero ở nồng độ cao (nồng độ cao gấp 10 lần so với thí nghiệm L2-3-AuNP).

Mô hình lắp ghép phân tử. L2 (glucose) đạt điểm kết nối cao nhất (30.11 kJ/mol) trong khi L5 (lactose) và L6 (maltose) đạt được điểm số lần lượt là 22.59 kJ/mol và 22.58 kJ/mol. Tất cả các nhóm phối tử trên đều có liên kết hydrogen với axit amin số Q271 tại điểm gắn kết của DENV-2. Mặc dù L2 đạt điểm cao nhất, phối tử này lại có số lượng nhóm sulfonate thấp nhất nhưng được định hướng đúng về mặt không gian để thiết lập cầu muối (salt-bridge) vững chắc và khả năng tương tác hydrogen mạnh với các axit amin K128, Q200 và Q271.

Điểm kết nối của L2 và L6 ăn khớp nhưng điểm nối cho đầu L5 khác biệt đáng kể so với dữ liệu thực nghiệm. Sự khác biệt này có thể được giải thích bằng mật độ và kích thước lớn hơn của L5-AuNP, khiến nó khó liên kết với virus.

L2 có hiệu quả nhất trong việc ức chế và tiêu diệt DENV-2 nhờ cấu trúc phân tử vừa vặn với túi beta-OG (một khoang trong vỏ bọc protein E của virus sốt xuất huyết). Dường như không có mối tương quan trực tiếp giữa khả năng ức chế virus và số lượng nhóm sulfonate. Mặc dù vậy, định hướng không gian và liên kết dài hoạt động tốt hơn so với liên kết quá ngắn.

Tóm lại, phối tử hạt nano vàng đa-sulfonate được xác định là ứng viên thuốc chống DENV-2 mới. Độc tính thấp và khả năng ức chế hoàn toàn hoạt động của DENV-2 khẳng định tiềm năng của hạt nano vàng cho các nghiên cứu chuyên sâu trên động vật (in vivo) trong tương lai.

* Phương pháp Stucky (Stucky method, SM): Zheng, N., Fan, J. & Stucky, G. D. One-Step One-Phase Synthesis of Monodisperse Noble-Metallic Nanoparticles and Their Colloidal Crystals. J. Am. Chem. Soc. 128, 6550–6551 (2006).

** Tế bào Vero (Vero cells): dòng tế bào chiết xuất từ tế bào biểu mô thận của khỉ xanh Châu Phi (African green monkey), dùng trong nuôi cấy tế bào.

*** Tế bào HepG2-hNTCP: tế bào ung thư gan ở người truyền tải ổn định với muối mật (taurocholate) đồng vận polypeptide.

Tài liệu tham khảo:

Zacheo, A., Hodek, J., Witt, D. et al. Multi-sulfonated ligands on gold nanoparticles as virucidal antiviral for Dengue virus. Sci Rep 10, 9052 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-65892-3

Tag: ứng viên thuốc mới, nghiên cứu.