Преодоляване на пандемията

Преодоляването на пандемията от Ковид-19 е цел на човечеството вече повече от година, но все още въпреки създадените ваксини и тестването на различни лекарства, Световната здравна организация, правителствата и техните органи продължават да препоръчват спазването на дезинфекция, дистанция и дисциплина. Текстилните материали като маски и предпазни дрехи също се препоръчват за намаляване или дори за предотвратяване на заразяване с коронавирус от заразеното лице към другите хора или към разпространението му в околната среда. Затова, ако текстилните продукти, които са навсякъде около нас имат антивирусни свойства биха помогнали за намаляване на случаите на инфекция и предаване на вируса.

Цел на проекта

Настоящият проект си поставя за цел да създаде чрез подходящ дизайн биологично активни вещества с антивирусни свойства, с които да се модифицират текстилните материали. Изискванията към получените материали е не само да предпазват от разпространение на корона вирус и други патогени, но и да са безопасни за човека и околната среда. Планираните изследвания имат фундаментален интердисциплинарен характер, при което ще бъдат използвани различни подходи със синергичен ефект за подобряване на антивирусните свойства на пептидите, с които памучната тъкан ще бъде модифицирана.

Планирани изследвания

Основават се на използването на различни подходи, чието комбиниране се очаква да доведе до синергичен ефект и подобряване на антивирусните свойства на материалите, съобразно условията им на употреба. По този начин текстилните материали биха осигурили защита от този невидим враг.

ПЕПТИДИ

Пептидите с антивирусни свойства са ново поколение биологично активни вещества с широк спектър на действие.

Техните предимства са селективност, ниски нива на странични ефекти и намалена възможност за развитие на резистентност спрямо тях. Въпреки че, пептидите са скъпи молекули, те имат някои предимства спрямо другите видове молекули, защото са изградени от природни аминокиселини, биоразградими са и имат незначителна токсичност, когато се използват за външна употреба.

До момента е установено, че пептидите с антивирусна активност срещу грип могат да бъдат разделени на три основни групи.

Първата група пептиди блокира проникването и сливането с клетката-гостоприемник.

Втората група – нарушава вирусната обвивка и така въздейства върху вирусната активност.

Третата група пептиди действа като инхибитор на вирусното размножаване.

Звездовидни полимери

Прикрепването на вируса към неговата целева клетка възниква чрез многобройни едновременни взаимодействия. Това може да бъде ефективно блокирано от инхибитор, който също има голям брой функционални групи.

В основата на успешния дизайн на биологично активни вещества с добри антивирусни свойства е съответствието им със специфичните характеристики на микроорганизмите.

Принципът на поливалентното взаимодействие е широко разпространено в биологичните системи. Прикрепването на микроорганизмите към клетката-гостоприемник може да бъде блокирано ефективно от инхибитор, който е многовалентен и многофункционален. В практиката вече широко се използват наноразмерните макромолекули със звездовидна форма и с голям брой крайни функционални групи, които са наречени дендримери. За тях е характерно комбинирането на свойствата на ниско- и високомолекулните съединения. Дендримерите имат потенциал една молекула да носи голяма доза биологично активно вещество.

В допълнение, дендримерните биоциди се характеризират не само с повишена активност, но и с намалена токсичност.

Звездовидните полимери (дендримери) могат да бъдат модифицирани едновременно с пептиди и флуорофори за усилване на техния ефект.

Чрез функционализирането на дендримерите с фотоактивни групи се получават флуоресцентни дендримери.

Наличието на голям брой близко разположени хромофори (независими един от друг или взаимодействащи си) води до появата на т. нар. „дендримерен ефект“ или усилване на тяхната активност.

МЕТАЛНИ КОМПЛЕКСИ

Чрез получаване на метални комплекси на пептидите и звездовидните полимери се очаква да се повиши антивирусната им активност.

Антимикробните средства, съдържащи метални йони проявяват по-голяма и със широк спектър активност, чрез различни механизми, включващи разграждането на нуклеиновите киселини и/или иницииране на оксидативен стрес, поради което микроорганизмите по-трудно развиват резистентност към тях.

Антимикробната активност в този случай зависи както от структурата на самите съединения като лиганди, така и от вида на свързващите се с тях метални йони.
Подобно на ролята, която играят „биологично важните“ метални йони, като Cu (II), Zn (II), Fe (II), Co (II), Fe (III) в структурната организация и активност на ензимите и природните биологично активните съединения, получените в проекта метални комплекси се очаква да прояват повишена активност.

Фотосенсибилизатори

Комбинирането на фотосенсибилизатори (флуорофор и наночастици от метални оксиди) може да предотврати разпространението на вирусите и други патогени и да придаде самопочистващи се свойства на текстила.

Модифицирането на текстилните материали с фоточувствителни вещества води до получаването на материали с антимикробни или самопочистващи се свойства, под действие на ултравиолетова А (UVA) и дневна светлина.

Фотосенсибилизаторите могат да бъдат както органични молекули (флуорофори), така и неорганични метални оксиди (ZnO, TiO₂). Две са основните реакции, които протичат при тяхното взаимодействие със светлината. При реакциите от тип I се получават свободни радикали или супероксидни йони, включващи водороден пероксид (H₂O₂), супероксиден анион (O^●₂^–) и хидроксилен радикал (HO^●). Реакциите от тип II водят до образуването на синглетен кислород (¹O₂). Комбинирането на двете реакции би довело до усилване на желаните свойства.

Процесът

Прикрепването на грипния вирус към целевата клетка може да бъде блокирано ефективно от поливалентни инхибитори, каквито са звездовидните полимери (дендримери), модифицирани с пептиди. Очаква се металопептидите и металодендримерите да покажат повишена антивирусна активност. Комбинация от фотосенсибилизатори (флуорофори и наночастици от цинков оксид) може да предотврати разпространението на SARS-CoV2 и други патогени и да придаде самопочистващи се свойства на текстила. Модификацията на тъканите с колаген осигурява подходяща функционалност, биоактивност и приятно усещане за кожата.

Памучен плат

Целулозните влакна могат лесно да се модифицират, при което да се получи здраво свързване на биологично активните вещества към функционалните им групи, а това да осигури и по-голямата им устойчивост в условията на употреба. Предимство на пептидите е възможността за целенасочен синтез, но те са и доста скъпи молекули. Затова модифицирането на плата с колаген би осигурило подходяща функционалност, биоактивност и приятно усещане за кожата. Колаген тип І е най-широко използвания в момента за фармацевтични и биомедицински цели.

Очаквани резултати

Резултатите, получени при разработването на проекта ще допринесат за решаването, както на конкретни проблеми, свързани с преодоляването на пандемията Ковид-19, така и за предотвратяване на бъдещото разпространение на опасни за човека патогени. Новите текстилни продукти не само ще предотвратяват инфекциозните заболявания, но и ще се самопочистват чрез облъчване със светлина. Очаква се да се докаже, че новите биологично активни съединения с поливалентни взаимодействия, съдържащи метални йони или наночастици, са по-ефективни спрямо грипните вируси, което ще бъде принос към знанията за възможните начини за дезактивирането им и особено на коронавируса SARS-CoV2 и неговите мутации. Получените пептиди и дендримери запазват своята активност и след свързването си с текстилните материали и в условията на употребата им.