Výzkumníci vyvíjejí nosní antivirovou platformu využívající technologii AI k blokování chřipky a COVID-19

Respirační viry, které mají různé kmeny a rychle mutují, jako je chřipka a COVID-19, je obtížné dokonale blokovat pouze vakcínami. K vyřešení tohoto problému výzkumný tým KAIST úspěšně vyvinul nosní (intranazální) antivirovou platformu využívající technologii AI, aby překonala stávající omezení léčby interferonem-lambda – konkrétně je „slabá proti teplu a rychle mizí z nosní sliznice“.

KAIST oznámil 15. prosince, že společný výzkumný tým – skládající se z profesora Ho Min Kima a profesora Hyun Jung Chunga z katedry biologických věd a profesora Ji Eun Oha z Graduate School of Medical Science and Engineering použil AI ke stabilnímu přepracování proteinu interferon-lambda a zkombinoval jej s technologií dodávání, která zajišťuje účinnou difúzi a implementaci různých technologií dlouhodobého zadržování sliznic v nachlazení.

Interferon-lambda je vrozený imunitní protein produkovaný tělem k blokování virových infekcí, který hraje klíčovou roli při zastavení respiračních virů, jako je nachlazení, chřipka a COVID-19. Nicméně, když je formulován jako léčba pro nazální podávání, je skutečný účinnost byla omezena svou zranitelností vůči teplu, degradujícím enzymům, hlenu a ciliárnímu pohybu.

Výzkumný tým použil technologii návrhu proteinů AI k přesnému posílení strukturálních slabin interferonu-lambda.

Zaprvé významně zvýšili stabilitu změnou volných „smyčkových“ struktur proteinu – které byly náchylné k nestabilitě – na tuhé „šroubovicové“ struktury, které se uzamkly na místě jako pevná pružina.

Navíc, aby zabránili „agregaci“ (bílkoviny se slepují a tvoří hrudky), aplikovali „povrchové inženýrství“, aby byl povrch více kompatibilní s vodou. Zavedli také „glykoinženýrství“, přidání struktur cukrového řetězce (glykanu) na povrch proteinu, aby byl ještě robustnější a stabilnější.

Výsledkem bylo, že nově vyrobený interferon-lambda vykazoval masivní zlepšení stability, přežil dva týdny při 50 °C a prokázal schopnost rychle difundovat i přes hustý nosní hlen.

Výzkumný tým dále chránil protein zapouzdřením do mikroskopických „nanolipozomů“ a potáhl povrch „nízkomolekulárním chitosanem“. To výrazně zlepšilo „mukoadhezi“, což umožňuje, aby léčba držela nosní výstelku po delší dobu.

Když byla tato aplikační platforma aplikována na zvířecí modely infikované chřipkou, byl potvrzen silný inhibiční účinek, přičemž hladina viru v nosní dutině se snížila o více než 85 %.

Tato technologie je slizniční imunitní platforma, která dokáže blokovat virové infekce v jejich raných stádiích pouhým nastříkáním do nosu. Očekává se, že půjde o novou terapeutickou strategii, která dokáže rychle reagovat nejen na sezónní chřipku, ale také na neočekávané nové nebo mutantní viry.

Prostřednictvím designu proteinů na bázi AI a technologie mukózního dodávání jsme současně překonali omezení stability a retenční doby stávajících ošetření interferonem-lambda. Tato platforma, která je stabilní při vysokých teplotách a zůstává ve sliznici po dlouhou dobu, je inovativní technologií, kterou lze použít i v rozvojových zemích, kde chybí přísná infrastruktura studeného řetězce. Má také velkou škálovatelnost pro vývoj různých léčebných postupů a vakcín. Jde o významný úspěch vyplývající z multidisciplinárního výzkumu konvergence, který zahrnuje vše od návrhu proteinů AI až po optimalizaci podávání léků a vyhodnocování imunity prostřednictvím modelů infekce.“

Profesor Ho Min Kim, Ústav biologických věd, KAIST

Na tomto výzkumu se podíleli Dr. Jeongwon Yun z KAIST InnoCORE (AI-Innovation Drug Discovery Research Group), Dr. Seungju Yang z katedry biologických věd a doktorand Jae Hyuk Kwon z Graduate School of Medical Science and Engineering jako spoluprvní autoři. Výsledky byly průběžně publikovány v renomovaných mezinárodních časopisech Pokročilá věda (20. listopadu) a Výzkum biomateriálů (21. listopadu).

• Papír 1: Výpočtový návrh a glykoinženýrství interferonu-Lambda pro nosní profylaxi proti respiračním virůmAdvanced Science, DOI: 10.1002/advs.202506764
• Papír 2: Intranazální nanolipozomy poskytující interferon lambda se zvýšenou mukosální retencí jako antivirotikumBiomaterials Research, DOI: 10.34133/bmr.0287

Tento výzkum byl proveden s podporou Programu KAIST InnoCORE, Programu podpory středních výzkumných pracovníků Korejské národní výzkumné nadace (NRF), Programu rozvoje biomedicínských technologií, Výzkumného a vývojového projektu Zdravotního a lékařského technologického institutu (KHIDI) v Koreji, Operačního projektu KAIST Large-scale Convergence Research Institute a Institutu pro základní vědu (IBS).