Нанонаука о коронавирусе: крошечные технологии в борьбе с глобальной пандемией

Считается, что коронавирус, изменивший мир и стоящий за пандемией COVID-19, имеет размер всего от 60 до 120 нанометров. Это настолько невероятно мало, что вы можете уместить более 400 таких вирусных частиц на ширину одного волоса на голове. На самом деле коронавирусы настолько малы, что мы не можем увидеть их в обычный микроскоп, и для их изучения требуются гораздо более сложные электронные микроскопы. Как мы можем сражаться с настолько незначительным врагом, что не можем его увидеть?

Одно из решений – бороться с крошечными с помощью крошечных. Нанотехнология относится к любой технологии, которая представляет собой или содержит компоненты размером от 1 до 100 нм. Наномедицина, использующая преимущества такой крошечной технологии, используется во всем, от пластырей, содержащих антибактериальные наночастицы серебра, до сложных диагностических машин.

Фото: https://theconversation.com/

Нанотехнология также имеет впечатляющую репутацию в борьбе с вирусами и используется с конца 1980-х годов для их разделения и идентификации. Совсем недавно наномедицина была использована для разработки методов лечения гриппа, вируса Зика и ВИЧ. И теперь она вступает в борьбу с вирусом COVID-19, SARS-CoV-2.

Диагностика

Если у вас есть подозрение на COVID, будут взяты мазки из вашего горла или носа и протестированы с помощью полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР). Этот метод проверяет, присутствует ли в образце генетический материал от коронавируса. Несмотря на высокую точность, тест может занять до трех дней для получения результатов, требует высокотехнологичного оборудования, доступного только в лаборатории, и может определить, есть ли у вас активная инфекция, только после прохождения теста. Но тесты, которые проверяют наличие антител к коронавирусу в вашей крови, могут немедленно дать результаты, где бы вы ни проходили тестирование.

Антитела образуются, когда ваше тело сопротивляется вирусу. Это крошечные белки, которые ищут и уничтожают захватчиков, охотясь за химическими маркерами микробов, называемыми антигенами. Это означает, что тесты на антитела могут не только определить, есть ли у вас коронавирус, но и был ли он у вас ранее.

В тестах на антитела используются наночастицы таких материалов, как золото, для захвата любых антител из образца крови. Затем они медленно перемещаются по небольшому листу бумаги и прилипают к тестовой линии антигена, с которой будут связываться только антитела к коронавирусу. Это делает линию видимой и указывает на наличие антител в образце. Эти тесты имеют точность более 95% и могут дать результаты в течение 15 минут.

Фото: https://allowwonder.com/

Вакцины и лечение

Важным поворотным моментом в борьбе с коронавирусом станет разработка успешной вакцины. Вакцины часто содержат неактивную форму вируса, который действует как антиген, тренируя вашу иммунную систему и позволяя ей вырабатывать антитела. Таким образом, когда он встречает настоящий вирус, ваша иммунная система будет готова противостоять инфекции.

Но есть некоторые ограничения в том, что типичный вакцинный материал может преждевременно разрушаться в кровотоке и не всегда достигает целевого места, что снижает эффективность вакцины. Одно из решений – заключить вакцинный материал в нанооболочку с помощью процесса, называемого инкапсуляцией. Эти скорлупы состоят из жиров, называемых липидами, и могут быть толщиной до 5 нм, что в 50 000 раз тоньше яичной скорлупы. Нанооболочки защищают внутреннюю вакцину от разрушения, а также могут быть украшены молекулами, которые нацелены на определенные клетки, чтобы сделать их более эффективными при доставке своего груза.

Это может улучшить иммунный ответ пожилых людей на вакцину. И что критически важно, людям обычно требуются более низкие дозы этих инкапсулированных вакцин для развития иммунитета. А это означает, что вы можете быстрее произвести достаточно вакцины для вакцинации всего населения.

Инкапсуляция также может улучшить лечение вирусов. Основным фактором смерти вирусных пациентов в отделениях интенсивной терапии является «острый респираторный дистресс-синдром», который возникает, когда иммунная система вызывает чрезмерную реакцию. Инкапсулированные вакцины могут воздействовать на определенные области тела, доставляя иммуносупрессивные препараты непосредственно к целевым органам и помогая регулировать реакцию нашей иммунной системы.

Фото: http://lkmprom.ru/

Редукция передачи

Трудно переоценить важность ношения масок и мытья рук для снижения распространения COVID-19. Но обычные покрытия для лица могут иметь проблемы с задержкой наиболее проникающих частиц респираторных капель, и многие из них можно использовать только один раз.

Новые ткани, изготовленные из нановолокон толщиной 100 нм и покрытые оксидом титана, могут улавливать капли размером менее 1000 нм, поэтому они могут быть разрушены ультрафиолетовым (УФ) излучением солнечного света. Маски, перчатки и другие средства индивидуальной защиты (СИЗ), изготовленные из таких тканей, также можно стирать и использовать повторно, и они лучше пропускают воздух.

Другой важный наноматериал – графен, который образован из одного сотового слоя атомов углерода и в 200 раз прочнее стали, но легче бумаги. Ткани, пропитанные графеном, могут улавливать вирусы и блокировать их прохождение. СИЗ, содержащие графен, могут быть более устойчивыми к проколам, огню, ультрафиолету и микробам, а также иметь легкий вес. Эти технологии – лишь некоторые из способов, которыми нанонаука вносит свой вклад в борьбу с COVID-19. Хотя однозначного ответа на глобальную пандемию нет, эти крошечные технологии, безусловно, могут стать важной частью решения.