HIV-1 および HSV-2 感染に対する合成ムチンゲル

Study: Synthetic Mucin Gels with Self-Healing Properties Augment Lubricity and Inhibit HIV-1 and HSV-2 Transmission. Image Credit: Fotaro1965/Shutterstock


Advanced Science ジャーナルに掲載された最近の研究では、研究者は合成ムチンゲルがヒト免疫不全ウイルス 1 (HIV-1) および単純ヘルペスウイルス 2 (HSV-2) の感染を抑制する効果を評価しました。

研究: 自己修復特性を備えた合成ムチンゲルは、潤滑性を高め、HIV-1 および HSV-2 の伝達を阻害します。 画像著作権: Fotaro1965/Shutterstock

研究によると、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) 感染は、糖鎖依存的にムチンによって効果的に予防できることが示されています。 さらに、ムチン 5B (MUC5B) ムチンが豊富な合成粘液生体材料は、MUC5AC ムチンよりも A 型インフルエンザ感染を封じ込めることに成功しています。 全体として、ムチンおよびムチンから生成される物質は、ウイルス感染の予防に大きく貢献することが証明されています。 粘液にはムチンとウイルス阻害物質が含まれており、ウイルスに結合して、上皮細胞への感染と拡散を防ぎます。

BSM誘導体の合成

本研究では、研究者は一次免疫細胞を含むさまざまな細胞型を使用して、ウシ顎下ムチン (BSM) ゲルが HIV-1 および HSV-2 に対する予防において「粘液様」機能を持っているかどうかを判断しました。

チームは、アルデヒドまたはヒドラジドのいずれかを BSM 分子に効果的に組み込みました。 溶液に添加すると、結果として得られる BSM アルデヒドおよびヒドラジドは、動的な共有ヒドラゾン結合を作成し、BSM ゲルの作成に至ります。 BSM誘導体の製造のために、N,N-ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)とのジメチルアミノ-モルホリノ-カルベニウムヘキサフルオロホスフェート(COMU)カップリング化学が採用された。 ヒンダード塩基は、アミンと活性化された酸の間の求核置換により、DIPEA の存在下で求核剤としてアミンと競合するのではなく、プロトンスカベンジャーとして機能しました。

研究者らは、最初に 3-アミノ-1,2-プロパンジオールを BSM の活性カルボキシル基に付加して BSM cis-ジオール誘導体を作成し、次にこれを過ヨウ素酸酸化して BSM アルデヒド誘導体を作成しました。 トランス構造を持つグリコサミノグリカンの隣接ジオールとは対照的に、3-アミノ-1,2-プロパンジオール残基の柔軟な隣接ジオールは、元の構造を維持しながら、選択的かつ効果的な酸化を可能にしました。

BSM cis-diol 誘導体と比較して、1647 cm-1 のアミド I ピークが 1637 cm-1 (未修飾 BSM) にシフトし、1534 cm-1 のアミド I ピークが 1542 cm-1 (未修飾 BSM) にシフトしたため、減衰した全反射 – フーリエ変換BSM-アルデヒド誘導体の赤外線 (ATR-FTIR) スペクトルは、BSM cis-ジオール誘導体のスペクトルと一致していました。 過ヨウ素酸テストは、BSM-アルデヒド誘導体のシッフ試薬ベースの合成を検証するために使用されました。

カルボジヒドラジド (CDH)-ヒドラゾンの架橋化学を使用することにより、BSM ゲルが生成されました。 BSM アルデヒドおよび BSM ヒドラジド誘導体と比較して、BSM ゲルは 798 cm-1 および 1260 cm-1 に 2 つの追加のピークを示しました。 さらに、BSM ゲルでは、3226 cm-1 と 3317 cm-1 の 2 つのヒドラジド固有のピークが消失しました。 データは、ヒドラゾン結合の形成とともにヒドラジドの消費を示しました。 十分な量の応力が加えられると、結合は再生する前に破裂しました。 この化学の助けを借りて、ひずみを弱め、自己修復する特性を持つヒドロゲルが開発されました。

ヒドラゾン結合で形成されたBSMゲル

市販のせん断レオメーターを使用して、研究チームは、線形応答レジームでのゲルの挙動や、大きな歪みを受けた後のゲルの液化および自己修復特性など、BSM ゲルの粘弾性特性を調査しました。 時間依存スイープ分析は、安定した BSM ゲルが合成されたことを示しました。 さらに、混合直後​​、弾性係数(G’)は、材料の応答に支配されてから約 60 秒後にプラトーのような状態に達しました。 周波数スイープは、テストされた周波数の範囲で明確な周波数依存性粘弾性が観察されなかったため、ゲルが効果的かつ共有結合的に架橋されたことを後で確認しました。

さらに、チームは、非常に効果的で迅速な自己修復動作と併せて強力な歪み弱化動作を観察することにより、共有結合ヒドラゾン結合で形成された BSM ゲルの動的な性質を説明しました。 この自己修復メカニズムにより、システムは材料のゲル状態を定性的に復元することに加えて、以前の剛性の 85% から 13% を取り戻すことができました。

動的共有結合または非共有結合は、自己修復ゲルを作成できます。 動的平衡が遅れているゲルは、動的共有結合を使用しているため、より安定しています。 しかし、ゲルの迅速な自己修復挙動は、CDH-ヒドラゾン生成 BSM ゲルの動的共有結合における急速な動的平衡を明らかにしました。

HIV-1 および HSV-2 感染に対する BSM ゲルの予防効果

チームは、合成 BSM ゲルがウイルス感染に対する保護的役割を模倣できるかどうかを評価しました。 これは、BSM ゲル、BSM 溶液、およびヒドロキシエチルセルロース (HEC) ゲルの in vitro 予防効果を比較することによって決定されました。 せん断減粘性と合成 BSM ゲルに匹敵する弾性率のため、2% HEC ゲルが採用されました。

BSM 溶液単独と比較して、BSM ゲルは、TZM.bl 細胞のプロトタイプ HIV-1 CCR5 株感染に対する現在の研究で予防効果を改善しました。 健康なドナーから得られたヒト末梢血由来単核細胞 (hPBMC) は、BSM ゲルが BSM 溶液よりもはるかに高い予防効果を有することを示しました。

全体として、研究結果は、ゲルが免疫細胞および上皮細胞における HIV-1 および HSV-2 感染をそれぞれ約 70% および 80% 抑制したことを示しました。 全体として、チームは、HIV-1 および/または HSV-2 にさらされた人々の予防に適用する大きな可能性を持つゲルベースの潤滑剤を作成しました。

ジャーナルの参照:

Kretschmer, M., Ceña-Diez, R., Butnarasu, C., Silveira, V., Dobryden, I., Visentin, S., Berglund, P., Sönnerborg, A., Lieleg, O., Crouzier, T. ., Yan, H. (2022). 自己修復特性を備えた合成ムチンゲルは、潤滑性を高め、HIV-1 および HSV-2 の伝達を阻害します。 高度な科学。 土井: https://doi.org/10.1002/advs.202203898 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202203898



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