纳米技术在诊断和治疗中的作用COVID-19流感大流行期间

冠状病毒疾病2019 (COVID-19)大流行,造成的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2), 2019年12月开始在中国武汉。到目前为止,这种病毒已经感染了全球约5000000人,造成大约345000人死亡,而这些数量正在迅速增加。因为快速传播和疾病负担上升,一些抗病毒药物和免疫调制剂在临床试验中,但是没有尚未被批准的药品或疫苗在这种致命的流行病。目前,计算机断层扫描和逆转录聚合酶链反应(RT)是用于诊断COVID-19,和纳米技术被用于对COVID-19开发药物。纳米技术在诊断COVID-19中也扮演了重要的角色。在本文中,我们讨论了纳米技术在诊断和潜在治疗COVID-19的角色。

冠状病毒疾病2019 (COVID-19)爆发开始在武汉,湖北省,中国。严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)被认为是此次疫情的病原体。病毒传播通过软组织如口腔、眼睛和鼻子[1]。SARS-CoV-2,引起的疾病是一种单链RNA病毒小基因组26 - 32 kb的,从65 - 125 nm直径。最初,中国研究人员名叫病毒2019年新型冠状病毒(2019 - ncov) [2]。疾病迅速蔓延在整个中国在一个月内,根据世界卫生组织(世卫组织),COVID-19目前已经遍布212个国家,地区,全球和地区[3]。在临床基础上,两个关键需求控制COVID-19大流行是首先要克服感染率,其次减少死亡率[4]。目前,还没有批准的药物或疫苗可用于治疗或预防COVID-19。然而,新开发的疫苗是在第一阶段的临床试验。当前可用的治疗方法,包括非特异性抗病毒药物、抗生素治疗继发性细菌感染,败血症和糖皮质激素减少炎症,失败在治疗严重疾病的特点是细胞激素风暴COVID-19诱导的肺。 This is visible as inflammatory lesions with ground glass opacity on computed tomography (CT) scans. Suitable therapeutics for treating the new COVID-19 disease are in urgent demand [4]. The viral infection causes a novel respiratory disease (SARS), with a prolonged deadly nature. Currently available drugs have been successful in moderately handling the symptoms, but no specific treatment or therapeutics have been defined. Deterring the outbreak early is important for protection among all states. Various forthcoming drugs that are thought to be directly applicable, as well as new therapeutic drugs being developed, include viral entry inhibitors, replication inhibitors, protease inhibitors, heterocyclic antivirals, nanodrug delivery systems, and biological therapeutics [5].

纳米颗粒很小,但有一个大的表面体积比,这让他们有了非凡的独特功能。因为这些特性,纳米粒子应用领域的生物技术、医学、药物传输、传感器、和DNA标签和被视为之间的一座桥梁散装材料[6]。Nano的方法已经被广泛地用于提高抗病毒药物输送和功效,特别是与输送系统的核苷类似物,具有潜在的应用对耐药感染人类免疫缺陷病毒(5、7)。可用的许多纳米输送系统可以用于新开发药物制剂有效为COVID-19带来更快的药物的治疗指数。然而,这项工作仍在进行,没有纳米药物目前用于治疗COVID-19。纳米技术在诊断COVID-19中也扮演了重要的角色。在本文中,我们讨论了纳米技术在诊断和潜在治疗COVID-19的角色。

COVID-19爆发全球现代社会的压力,特别是基础设施与卫生保健有关。因此,诊断测试的这种感染急需确认阳性病例,屏幕病人和执行病毒监测。包含COVID-19诊断可能发挥重要作用,允许快速实施控制措施,限制传播通过检测和隔离病例和接触者追踪(即。、检测的人可能接触到受感染的病人)。不透明度COVID-19患者的肺部CT扫描的不同于患者的健康肺:肺COVID-19密度,更丰富的和伴随[8]。目前COVID-19诊断通过逆转录(RT) pcr和通过CT扫描检查,但是每个技术都有缺点。分子方法可以更准确地诊断疾病比综合征的测试或CT扫描,因为他们可以跟踪和分类不同的病原体[9]。纳米技术带来了新的机会,生产廉价的、可伸缩的检测方法、安全的个人安全设备和新的成功的药物。纳米传感器现在成为现实,可以检测细菌和病毒的浓度很低,因此提醒临床医生之前症状显示患者的病毒载量很低。根据联合特遣部队,中国,从2019年12月底到2020年2月中旬,104 SARS-CoV-2病毒株被孤立和测序Illumina公司和牛津纳米孔测序[10]。Illumina公司测序是一个sequence-by-synthesis过程使用固相桥式放大,而纳米孔测序包括把一个DNA分子通过蛋白质孔隙和评估后续电压的变化来确定序列。 Research and technology production and deployment are our best weapons in the fight against COVID-19, and nanotechnology instruments can be modified to diagnose, treat and prevent the disease [11]. Different nano-based strategies, which have advantages over molecular methods, have been developed to diagnose COVID-19. The currently developed methods are discussed below.

逆转录loop-mediated等温扩增(RT-LAMP)加上nanoparticles-based生物传感器(国家统计局)测定

COVID-19是一个高度致命的呼吸道疾病,正在迅速蔓延,引起了国际的焦虑。目前,它是通过实时rt - pcr检测SARS-CoV-2核酸诊断[12]。除了这种方法,其他基因扩增方法已经被使用,但他们的主要限制是复杂的,需要人才,是耗时的。为了避免这些限制,杨等人开发了一个RT-LAMP化验检测快速诊断SARS-CoV-2三重基因。在2003年,这个方法被用来测试对SARS冠状病毒和被认为是快速和容易的[13]。

一个RT-LAMP国家统计局分析已经发展迅速、准确地诊断COVID-19 [14]。这RT-LAMP国家统计局分析合并灯放大,反转录,和多元分析与诊断COVID-19 nanoparticle-based生物传感器,以促进一步,单管反应。该方法以核酸扩增30分钟以恒定60 - 65°C使用不同的引物检测N, E和ORF1ab基因。大约十集的每个基因引物设计如图1所示。

灯技术是非常精确的,因为它能够识别目标序列通过六个或八个不同的地区,直接使用RNA为模板[8]。检测结果可以看到宏观上通过颜色变化。这些技术包括重组酶聚合酶放大、helicase-based放大,loop-mediated等温扩增。一些学术实验室开发和临床测试RT-LAMP测试SARS-CoV-2 (8、13)。一步,一个管子RT-LAMP-NBS测定是诊断COVID-19开发的。这个方法是有利的,因为它是操作简单,只需要基本的,便宜的设备(例如,水浴或加热块)保持恒定的温度(63°C) 30 - 40分钟[15]。研究表明,与以前相比发达COVID-19 RT-LAMP化验,国家统计局,一个简单易用的工具,可以直观地、客观地显示RT-LAMP结果,不再需要复杂的过程(如电泳),特殊的试剂(如pH值指标)和昂贵的工具(例如,实时PCR) (15、16)。两个目标序列在一个等温反应同时放大,发现在测试阶段。未来的研究应该确定基本COVID-19 RT-LAMP理论,优化反应参数(例如,放大温度),并证明其可行性。的特异性COVID-19 RT-LAMP-NBS测试是检查检测模板来源于各种各样的病原体,包括病毒、真菌和细菌[14]。 Mechanistic Description of the COVID-19 RT-LAMP-NBS assay shown in figure 2.

快速检测

医疗点测试是用来治疗病人没有发送样本集中的实验室,产生的结果不需要实验室网络识别受感染的病人。横向流对SARS-CoV-2抗原检测在护理点被认为是诊断COVID-19 [17]。商业横向流分析包含纸一样的膜带涂上两条线:一个包含黄金nanoparticle-antibody轭合物;另一个捕获抗体。病人的样本收集(例如,血液和尿液)膜,和毛细管作用把蛋白质。第一行移动时,抗原结合nanoparticle-antibody黄金共轭,和复杂的跨膜流动。捕获抗体固定的复杂当他们进入第二个红色或蓝色是可见的。单个金纳米粒子是红色的,和耦合等离子体乐队导致解决方案包含集群金纳米粒子将蓝色[18]。在学术实验室,许多平台,如电化学传感器、纸质系统和表面增强拉曼scattering-based系统正在开发中。

光学生物传感器纳米技术

基于光学生物传感器的新系统纳米技术将使检测冠状病毒在大约30分钟直接从病人的样本不需要集中的实验室测试。这种新技术可以很容易地确定患者是否感染了冠状病毒或流感病毒。这个项目可能会被用于超过目前的流行和治疗人类。新的生物传感器工具也将用于分析各种形式的冠状病毒存在于储层动物,如蝙蝠、探测和跟踪这些病毒的潜在进化和防止未来疫情在人类[19]。

纳米孔测序目标(nt)

nt方法同时检测SARS-CoV-2连同十只有6 - 10小时内其他呼吸道病毒。它是适合当代COVID-19诊断;然而,该框架可以扩展诊断其他病毒和病菌。nt是基于放大11 SARS-CoV-2 virulence-related和独特的基因片段(例如,orf1ab)使用一个内部主面板之后,纳米孔测序扩增片段的平台[20]。这个项目使用纳米孔测序平台,可以长时间序列的核酸片段,同时分析实时数据输出。这允许确认SARS-CoV-2感染在几分钟之内测序的映射SARS-CoV-2基因组的序列读取和分析身份,有效性和读取输出序列的数量。根据毒性区域(基因组21563 - 29674个基点;045512.2数控)编码年代(1273个氨基酸;AA), ORF3a (275 AA), E (75 AA), M (222 AA), ORF6 (66 AA), ORF7a (121 AA), ORF8 (121 AA)、N (419 AA), ORF10 (38 AA)蛋白质检测关键SARS-CoV-2毒性基因。nt是进行一个奴才音序器芯片测试样品,和序列数据分析使用一个内部的生物信息学管道定期。 To increase plasmid concentrations, all high-identity reads were determined by mapping output reads on the SARS-CoV-2 genome. As a standard for qPCR, NTS cannot determine whether a sample is positive for infection by testing only one or two sites; findings from all target regions should be considered [21,22].

COVID-19的快速传播需要有效的治疗策略应对这种致命的肺炎。然而,没有特定的药物被批准治疗COVID-19 [23]。根据临床医生的经验以及药理机制,一些免疫调节和抗病毒药物被认为是潜在的临床实验疗法,现在许多人在临床试验中。奥司他韦,这些免疫调节和抗病毒药物包括remdesivir favipiravir, darunavir / cobicistat,霉酚酸,叫,干扰素,teicoplanin,康复的等离子体、利巴韦林等[24]。然而,2020年3月28日,美国食品和药物管理局发布紧急使用授权口服硫酸羟氯喹的制定和磷酸氯喹治疗COVID-19 [25,26]。根据最新的文献,指导方针发表在比利时,包括建议从荷兰、瑞士、法国和意大利,推荐remdesivir,例如/ lopinavir,氯喹或羟氯喹和叫除了支持性护理,包括机械通气和氧[27]。Favipiravir,抗病毒剂治疗流感,批准在中国和日本正在临床实验中使用针对COVID-19 [28]。

除了这些建议药物,中药在治疗COVID-19扮演重要角色。中国科学院和上海药物研究所建议SARS-CoV-2可以预防使用Shuanghuanglian口服液(29、30)。这种液体包含化合物如黄芩苷、绿原酸和forsythin显示抗病毒和抗菌特性[31]。目前没有疫苗COVID-19批准;然而,一些新开发的疫苗在临床试验中。

纳米技术可以大大有助于治疗COVID-19。不同的纳米颗粒具有抗病毒和抗菌活性[11]。这些纳米颗粒可用于减少疾病的严重程度和风险。迄今为止,没有基于纳米技术的药物可用于治疗COVID-19。然而,工作正在进行中,基于纳米技术的药物有望在不久的将来。例如,锌纳米颗粒,可能有重要用途对COVID-19 [31]。

可以保持一个最佳的锌平衡增强宿主抵抗?

锌纳米颗粒可以增加宿主抵抗。锌具有较强的抗病毒效应对鼻病毒感染感冒病毒和流感病毒。锌也可以用来治疗COVID-19感染和减少疾病负担和强度[32]。锌纳米颗粒减少流感病毒复制体外,氧化锌纳米颗粒显示承诺对甲型H1N1流感病毒感染。锌还能抑制SARS冠状病毒的复制(33、34)。锌盐抑制呼吸道合胞病毒复制,减少丙型肝炎病毒复制。补锌的患病率显著降低肺炎的儿童在发展中国家。锌的抗病毒机制尚不清楚,但它可能抑制病毒从绑定到粘膜和随后复制。体外研究表明,锌能诱导产生抗病毒效应代抗病毒干扰素α和γ和通过抑制炎症反应[31]。

锌也会影响免疫细胞的功能,帮助激活酶参与不同的细胞功能[35]。最近的文献表明,缺锌会导致对各种细菌和病毒感染的易感性增加。体内研究表明,锌缺乏妥协b细胞发育,导致较低的低抗体生产和巨噬细胞吞噬能力对寄生虫(36岁,31)。证据表明,锌发挥抗病毒作用通过抑制病毒复制或通过提高免疫应答。数据显示,每天摄入大约50毫克的锌促进宿主的免疫系统,从而使宿主抵抗病毒感染,可能提供一个额外的防御COVID-19感染减少疾病负担(31日37、38)。面具表面掺杂离子的氧化锌纳米粒子有很强的抗病毒和抗菌功效。将氧化锌纳米颗粒纳入这些材料可以稳定并杀死病原体接触[39、40]。

目前全球面临着全球卫生紧急情况。infection-to-mortality比率从COVID-19越过限制,这使得它不同于其他病毒感染。医生和科学家必须共同努力,克服SAR-CoV-2的威胁,并提供一个强碱阻止未来的大流行。在对抗COVID-19、研究和技术开发和部署都是我们的武器。纳米技术工具可以修改治疗,检测,防止COVID-19的传播。纳米技术提供了一套独特的工具,可以大大有助于我们对病毒性疾病的理解和对诊断和治疗的关键发展平台。在一起,我们可以克服这个当前流行病预防和减轻未来的病毒爆发。

可用性的数据

数据共享不适用于本文没有生成数据集或在当前的研究分析。

作者的贡献

AW和AK搜查了数据库和检索相关的文献。AB安排和编译的格式和处理信件。马啊,AA和选择了文学和完成手稿。所有作者阅读和批准最终的手稿。

作者承认博士阿卜杜勒。巴塞特。Bacha汗大学恰尔萨达和Misbahud Din先生在改善这篇评论对他们有价值的建议。女士,我们感谢Traci雷利、编辑草稿的手稿。

1. 瓦里斯- A,汗盟,阿里,阿里•M Baset COVID-19爆发:目前巴基斯坦的场景。新的细菌和感染。2020.100681。
2. 科尔在d .冠状病毒的概述包括SARS-2 Coronavirus-Molecular生物学、流行病学和临床意义。目前的医学研究和实践,2020年。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32363221
3. 科里M,托马斯·n .人类安全和公共卫生在东南亚:非典疫情。澳大利亚J Int事务,2004年。58:17-32。
4. Kumar年代,Rathi b .冠状病毒疾病COVID-19:一个新的对公众健康的威胁。咕咕叫地中海上化学2020;20 (8):599 - 600。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32133964
5. Agarwal港元,Chhikara BS Doncel GF,帕兰刀k .合成和抗艾滋病活动的不对称长链dicarboxylate酯dinucleoside逆转录酶抑制剂。生物有机的,药物化学字母。2017;27日:1934 - 1937。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28351588
6. Gnanasangeetha D, SaralaThambavani D一锅合成氧化锌纳米颗粒通过化学和绿色的方法。Res J材料科学。2013;2320:6055。
7. Chhikara BS。冠状病毒SARS-CoV-2疾病COVID-19:感染、预防andclinical进步的潜在化学药物疗法。化学生物学快报》,2020年版。7:63 - 72。
8. Chotiwan N,布鲁斯特CD, Magalhaes T, Weger-Lucarelli J, Duggal NK, et al。亚洲和中微生物的快速检测和特定African-lineage Zika病毒。科学转化医学。2017;9:eaag0538。PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28469032
9. 杨W,见鬼x SARS-CoV-2使用反向转录RT-LAMP方法的快速检测。medRxiv。2020年。
10. 李陆R,赵X, J,妞妞P,杨B,等。2019年的小说《冠状病毒基因组描述和流行病学:影响病毒的起源和受体结合。《柳叶刀》杂志。2020;395:565 - 574。
11. 成龙WCW。纳米COVID-19研究。ACS Nano。2020;14:3719 - 3720。PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32227916/
12. 法律,梁啊,徐c .严重急性呼吸系统综合症(SARS)和冠状病毒疾病- 2019 (COVID-19):在香港从原因到预防措施。国际传染病杂志》2020。PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32251790
13. 杨W,见鬼X,王Q,徐M,赵问,等。快速检测SARS-CoV-2使用逆转录RT-LAMP方法。地中海Rxiv》2020。
14. 王朱X, X,汉族L,陈T,王L, et al .逆转录loop-mediated等温扩增结合nanoparticles-based COVID-19诊断的生物传感器。medRxiv。2020年。
15. 李余L,吴年代,郝X, X,刘X, et al .快速比色检测COVID-19冠状病毒使用反向tran-scriptional loop-mediated等温扩增(RT-LAMP)诊断高台:iLACO。medRxiv。2020年。
16. 羊肉勒,Bartolone SN,病房E,总理MB。快速检测的新型冠状病毒(COVID-19)反向Transcription-Loop-Mediated等温扩增。medRxiv。2020年。
17. 湘J,严米,李H,刘T,林C, et al。评估检测酶联免疫测定和胶体Gold-Immunochromatographic试验装备的新型冠状病毒(SARS-Cov-2)引起的肺炎爆发(COVID-19)。medRxiv。2020年。
18. Udugama B, Kadhiresan P科兹洛夫HN Malekjahani,奥斯本M, et al .诊断COVID-19:疾病和检测工具。ACS nano。2020年3月30日。
19. 王朱X, X,汉族L,陈T,王L, et al .逆转录loop-mediated等温扩增结合nanoparticles-based COVID-19诊断的生物传感器。medRxiv。2020年。
20. 王米,傅,胡锦涛B,通Y,刘R, et al。纳米孔测序目标准确、全面检测SARS-CoV-2和其他呼吸道病毒。medRxiv。2020年。
21. 刘R,傅,刘邓Z,李Y, t .小说有前途的方法来检测SARS冠状病毒检测浸2。视图。2020;1。
22. 傅于L,通Y,沈G, A,赖Y, et al . Immunodepletion血氧不足:一个潜在的高危亚型冠状病毒疾病的2019。medRxiv。2020年。
23. Peeri数控,Shrestha N,拉赫曼女士,扎基R,谭Z, et al。“非典”,即和新型冠状病毒(COVID-19)流行病,最新和全球最大的健康威胁:我们学到了什么教训?Int增加。2020年2月22日。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32086938
24. Ziaie年代,Koucheck M,米里米,Salarian年代,Shojaei年代,et al。回顾COVID-19的药物治疗。J细胞分子Anesthe。2020;5:32-36。
25. 杨歌Z,胡锦涛Y,郑年代,L,赵r .医院药师的药学服务对住院患者COVID-19:从临床经验的建议和指导。Res社会Adm制药。2020年。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7129111/
26. Tobaiqy M, Qashqary M, Al-Dahery年代,Mujallad, Hershan AA, et al。COVID-19病人的治疗管理:系统回顾。在实践中感染预防。2020:100061。
27. Donders F, Lonnee-Hoffmann R, Tsiakalos,孟德尔W, Martinez de Oliveira J, et al . COVID i ISIDOG COVID-19和怀孕的建议。诊断。2020;10:243。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32338645
28. 桑德斯JM, Monogue ML, Jodlowski TZ, Cutrell简森-巴顿。药物治疗冠状病毒疾病2019 (COVID-19):一个回顾。《美国医学会杂志》2020年。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32282022
29. 王LS,王年,你们DW,刘QQ。回顾2019年的新型冠状病毒(COVID-19)基于当前证据。Int J Antimicrob代理。2020:105948。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7156162/
30. Kaura KK, Allahbadiab G, Singhc m .流行病学的全面审查,aetiopathogenesis、诊断和治疗的新型冠状病毒syndrome-COVID-19。2020年。
31. 胡董L,年代,高j .发现药物来治疗冠状病毒疾病2019 (COVID-19)。药物发现和治疗。2020;14:58-60。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32147628
32. Razzaque m . COVID-19流行:可以保持最佳锌平衡增强宿主抵抗?
33. Eby GA。锌离子的可用性——行列式锌含片治疗普通感冒的功效。《抗菌化学疗法杂志》上。199;40:483 - 493。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9372416
34. 读SA,欧贝得年代,Ahlenstiel C, Ahlenstiel g .锌在抗病毒免疫中起到的作用。难以减轻。2019;10:696 - 710。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31305906https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19906491
35. Eby三世GA。锌含片治疗常见cold-a审查和假设。地中海假设。2010;74:482 - 492。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19906491
36. CJ,约翰逊IR, Schley PD。营养及其在宿主抗感染作用。J leukoc杂志。2002;71:至少需要补充16至32。PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11781377
37. 普拉萨德。锌:宿主防御机制。J减轻。2007;137:1345 - 1349。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17449604
38. 编选年代,Uciechowski P, Ackland ML,福特D,溜冰场l细胞内锌体内平衡在白细胞子集是由出口商ZnT-1 ZnT-9锌的不同表达,J Leukoc杂志。2008;83:368 - 380。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17971500
39. 兰伯特SAJolma一个,Campitelli低频,达斯PK,阴Y,等。人类转录因子。细胞。2018;172:650665。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30290144
40. Wimalawansa SJ。全球流行的coronavirus-covid-19:我们能做什么来减少风险。欧洲生物医学。2020;7:432 - 438。Krol, Pomastowski P, Rafińska K, Railean-Plugaru V, Buszewski B。
41. 氧化锌纳米颗粒:合成、杀菌活性和毒性机制。胶体与界面科学的进步。2017;249:37-52。PubMed:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28923702