COVID-19 ve Nanoteknoloji

2019 yeni Coronavirus (2019-nCoV) olarak bilinen yeni koronavirüsün küresel salgınının bir sonucu olarak, Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) 30 Ocak 2020’de coronavirüs hastalığını (COVID-19) bir salgın ve acil bir durum olarak ilan etti. Covid-19’un Çin’in Wuhan şehrinden geldiği gösterilmiştir. DSÖ ve Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri (HKÖ), Amerika, Almanya ve Vietnam’da dünyanın dört bir yanından üç farklı vaka üzerinde yapılan deneylere dayanarak koronavirüsün insandan insana bulaştığını resmen doğrulamıştır. Bununla birlikte, DSÖ, 14 Ocak 2020’de Çin yetkilileri tarafından hazırlanan bir rapora atıfta bulunarak Twitter hesaplarında kişiden kişiye bulaşma ile ilgili kanıtları reddetmiştir (https://twitter.com/WHO/status/12170 3229427761152). Bu açıklama tartışılmalı ve incelenmeye açıktır. Bu tarihe kadar, koronavirüs dünyanın dört bir yanından bir milyondan fazla insanı enfekte etmiştir ve 55 binden fazla can almıştır. Çoğu ülkede, sokağa çıkma yasağı ve zorunlu karantina durumu, virüsün çok hızlı yayılmasını önleme umuduyla resmi olarak ilan edilmiştir.

Koronavirüsün Yapısı ve Moleküler Biyolojisi

Genel olarak, koronavirüsler, tüm RNA virüsleri arasında bilinen en büyük 26 ila 32 kilobaz genomu içeren pozitif iplikçikli RNA virüsleri ailesindendir. Memeliler ve kuşlar gibi türleri enfekte edebilen çok çeşitli konakçıların yanı sıra gastrointestinal, solunum, hepatik ve merkezi sinir sistemi hastalıkları gibi ciddi sağlık bozuklukları yaratırlar. Koronavirüsler, Alfa, Beta, Gama ve Delta koronavirüs olarak bilinen dört tipte sınıflandırılabilir; Alfa, Beta ve Delta koronavirüsün memeliler için etkili olduğu, Gama ve Deltanın ise kuşları enfekte ettiği tespit edilmiştir¹. Yeni hayvanlardan insanlara bulaşan insan koronavirüsü ilk olarak 9 Ocak 2020’de Çin Hastalık Kontrol ve Koruma Merkezi tarafından bildirilmiştir². Beta koronavirüsleri, MERS-CoV, SARS-CoV, fare hepatit koronavirüs, yarasa koronavirüs, sığır koronavirüs ve insan koronavirüsünü kapsamaktadır³. Koronavirüslerin genomu, kapsid ve bir lipit molekülü olarak bilinen bir sarmal protein kabuğu içinde kapsüllenir. Özellikle, bir virüsün dış yapısı, virüsün konakçı hücrelere girişini kolaylaştırmak için bir aracı olarak görev yapan membran proteini, nükleokapsid proteini ve Spike proteinli zarf proteinini içerdiği üç yapısal protein içerir.

Koronavirüslerde, Spike proteini, konakçı hücrelere nüfuz etmek için kullanılan virüs yüzeyinden çıkan taç benzeri (Latince Corona) yapılar oluşturur¹. Spike proteininin kendisi S1’in konakçı hücre reseptörüne ve membran için S2’ye bağlandığı S1 ve S2’yi içerir. Aslında, Spike proteini, antikorlar ve olası herhangi bir aşı tarafından nötralize edilecek en yaygın hedef olarak görülmektedir. Nükleokapsid protein, koronavirüsteki en bol protein ve yüksek derecede immünojenik bir fosfoprotein olarak kabul edilir. Nükleokapsid proteinin neredeyse hiç mutasyona uğramadığı ve teşhis tahlillerinde bir işaretleyici olarak kullanıldığı belirtilmelidir.

Şekil 1. Koronavirüsün Şematik Görüntüsü ³

Koronavirüs Teşhisi

Solunum koronavirüs hastalığı 2019 (COVID-19) laboratuvar testleri gibi çeşitli yöntemlerle solunum sisteminden toplanan numuneler üzerinde gerçekleştirilen gerçek zamanlı ters transkripsiyon polimeraz zincir reaksiyonunun (rRT-PCR) kullanılmayla bulunur. Test sonuçları birkaç saat ila iki gün arasında ortaya çıkar. Ocak 2020’de Berlin’de yeni geliştirilen PCR testi, DSÖ tarafından dağıtılan 250.000’den fazla teşhis kitinin temelini oluşturmaktadır. 28 Ocak 2020’de bir Güney Koreli şirket, Beta Koronavirüsün sarmal paketi içindeki “E” genini tanımasına rağmen, PowerChek Coronavirus adlı bir PCR tabanlı SARS-CoV-2 saptama kitini tasarlamıştır. Bunlara ek olarak, BGI Grubu (Çin Ulusal Tıbbi Ürün İdaresi tarafından onaylanmıştır) ve Amerika Birleşik Devletleri Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri, PCR tabanlı COVID-19 ve SARS-CoV-2 teşhis kitlerini geliştirmiştir. PCR yöntemine dayanarak, koronavirüsün RNA’sı DNA’ya dönüştürülür ve çoğaltılan DNA’ların yeterli kopyaları Kantitatif PCR cihazı adı verilen analitik bir makine tarafından saptanana kadar milyonlarca defa tekrarlanır. Virüsün genetik kodunun tanınması durumunda, hasta birey için pozitif sonuç ortaya çıkar.

Mevcut ve yeni tasarlanmış kitlerin çoğu, her bir tahlilin koronavirüsteki farklı bir geni hedefleyebildiği ve tespit edebildiği üç tahlil ile donatılmıştır. Bu, olası mutasyonlar varsa, kitlerin yeni oluşan nesli tespit edip tanıyabileceği anlamına gelir. Bir veya iki testin olumlu tepkileri durumunda, sonuçların yeni bir virüs salgınıyla baş edebilmesi için virüs genom dizini olarak kaydedilmesi gerekir. Mevcut kitler, insan RNA polimeraz proteini (ORF1 geni), nükleokapsid proteini (N-geni) ve zarf proteini (E-geni) olarak bilinen hedef proteinleri saptayabilir. Ayrıca, koronavirüs yüzeyindeki Spike proteini (S-geni) hedefleme yeteneğine sahip bazı kitler de vardır. Şu anda kitlere ek olarak, havaalanları ve sınırlarda enfekte olduğundan şüphelenilen kişilerde yüksek ateşi taramak ve ölçmek için kullanılan termal tarama tabancalarının yerini alacak nanosensörler olarak farklı teşhis yöntemleri de kullanılmaktadır.

COVID-19’a Nanoteknolojinin Katkısı

Şimdiye kadar, COVID-19 tedavisi için, Chloroquine adı verilen sıtmaya karşı bağışıklık sistemini iyileştirmek için kullanılan bazı geleneksel ilaçlar dışında belirgin bir tedavi veya aşı önerilmemiştir. Bununla birlikte, kimyasal bileşiklerin, özellikle nano ilaçların ilginç ve şaşırtıcı özellikleri, sadece ilaç ve farmasötiklere önemli ölçüde katkıda bulunamaz, aynı zamanda dünyadaki ölümcül COVID-19 salgını durdurmak için umut verici çözümler de ortaya çıkarabilir.

Nanopartiküllerin, yüzey alanı / hacim oranındaki ciddi artışın neden olduğu boyutlarına ve yoğunlaşmış özelliklerine uygun bir değişiklik yapabileceği umudu vardır. Koronavirüs yapısı nanopartiküller ile benzerlikler ortaya koymaktadır. Fikir, virüs kadar küçük olan nano ölçekli parçacıklar, S proteinleri ile etkileşime girebilir veya bunlara bağlanabilir, bunun sonucu olarak da viral yapının bozulmasına neden olur. Ortaya çıkan yapısal yıkım, virüsün ve genomunun bir konakçı içinde çoğalma ve çoğalma yeteneğini baskılayabilir.

Şu anki tanılar, yeni ortaya çıkan ve teşhis ve tedaviye odaklanan nano-ilaçlar ve nanotıp kullanarak virüsleri tespit ve nötralize etmeyi içerir. Buna göre, nano partiküllerin influenza ve tüberküloza neden olan mikroplarla savaşmak için uygulanmasına ilişkin raporlar vardır. Nanopartiküller, olası yüzey modifikasyonu ve fonksiyonelleşmesi nedeniyle literatürde çok sayıda raporla patojenleri ve virüsleri durdurma yeteneğine sahiptir. Nanopartiküllerin, virüslerin lipit zarını çözebilmeleri veya hatta S1’deki sivri proteinlere bağlanabilmeleri ve / veya zarfın içine nüfuz edebilmeleri ve nükleokapsid ve RNA’yı kapsülleyebilmeleri için modifiye edilmesi veya işlevselleştirilmesi mümkündür. Nanoparçacıklar, virüslere, bakterilere ve diğer patojenlere veya belirli bir öfkeye saldırmak için modifiye edilebilir / işlevselleştirilebilir. Boyutları göz önüne alındığında, modifiye nanoparçacıklar, özellikle insan bağışıklık sistemine giren ve virüsleri tespit etmek için vücutta daha uzun süre kalabilen, sorunlara neden olmadan veya diğer işlevleri bozmadan kan dolaşımındaki vücutta hareket edebilir.

Referanslar

1. Li, F. Structure, Function, and Evolution of Coronavirus Spike Proteins. Annu. Rev. Virol. 3, 237–261 (2016).

2. Nguyen, T., Duong Bang, D. & Wolff, A. 2019 Novel Coronavirus Disease (COVID-19): Paving the Road for Rapid Detection and Point-of-Care Diagnostics. Micromachines 11, 1–7 (2020).

3. Peiris, J. S. M., Guan, Y. & Yuen, K. Y. Severe acute respiratory syndrome. Nat. Med. 10, S88–S97 (2004).

COVID-19 ve Nanoteknoloji