用于输送具有抗基孔肯雅病毒活性的再利用药物的沸石咪唑骨架

《Journal of Pharmaceutical Sciences》：Zeolitic imidazolate frameworks for delivery of repurposed drugs with anti-chikungunya activity

　　

鲁图贾·贾格塔普（Rutuja Jagtap）|卡利查米·阿拉加拉苏（Kalichamy Alagarasu）|普纳姆·帕蒂尔（Poonam Patil）|沙基尔·艾哈迈德·波拉什（Shakil Ahmed Polash）|M.B. 卡卡德（M.B. Kakade）|阿塔尔瓦·马诺杰·德什潘德（Atharva Manoj Deshpande）|莎拉·切里安（Sarah Cherian）|拉维·舒克拉（Ravi Shukla）|迪普蒂·帕拉沙尔（Deepti Parashar）

印度浦那ICMR-国家病毒学研究所

摘要

基孔肯雅病毒（CHIKV）因其不断出现和再次出现以及缺乏有效的抗病毒治疗方法而成为全球主要关注点。传统的抗病毒药物由于生物利用度低、降解迅速和具有细胞毒性而效果有限。基于纳米粒子的药物递送系统，特别是沸石咪唑框架（ZIF-C），在改善抗病毒药物的治疗效果方面显示出潜力。我们将四种重新利用的药物——依那普利拉特（Enalaprilat）、洛米布韦（Lomibuvir）、美替拉酮（Metyrapone）和白藜芦醇（Resveratrol）封装在ZIF-C中。细胞毒性实验表明，游离状态的依那普利拉特、洛米布韦、美替拉酮和白藜芦醇在浓度超过1.56 μM、6.25 μM、200 μM和12.5 μM时具有毒性，而它们的ZIF-C复合物即使在50–100 μM浓度下也能保持90%以上的细胞存活率。抗病毒研究进一步显示，ZIF-C（E）、ZIF-C（L）、ZIF-C（M）和ZIF-C（R）分别使CHIKV病毒滴度降低了3.8、3.8、2.9和3.9个对数单位，而游离药物则仅降低了0.7、0.7、0.01和0.8个对数单位。空的ZIF-C纳米颗粒几乎没有抗病毒效果。这些结果表明，将药物封装在ZIF-C纳米颗粒中可以提高其稳定性、递送效率和治疗效果。这可能是治疗CHIKV和其他病毒感染的一种有前景的策略。

引言

基孔肯雅病毒（CHIKV）是一种属于Togaviridae科的单链RNA病毒，主要通过Aedes aegypti和Aedes albopictus蚊子的叮咬传播，导致基孔肯雅热（CHIKF）。这种疾病在热带地区频繁发生，已影响全球数百万人。¹CHIKF的特点是突然出现高烧、多关节痛、头痛、肌肉疼痛、恶心和呕吐，在严重情况下还会出现关节疼痛和僵硬。²虽然症状通常在几周内消失，但许多患者会发展成慢性、致残的多关节痛，可能持续数月甚至数年。³这种长期的疾病不仅是一个急性健康问题，也是一个长期的公共卫生问题。⁴

不幸的是，目前没有特定的抗病毒治疗方法来预防或治疗CHIKF。该疾病的管理主要依赖于对症治疗，通过使用止痛药和非甾体抗炎药（NSAIDs）来缓解症状。⁵近年来CHIKV的快速传播使得控制其传播和寻找治疗方法变得迫切。⁶药物开发过程繁琐、成本高昂，且需要很长时间才能惠及目标人群。即使有合适的候选药物获得批准，其大规模生产也具有挑战性。⁷为了解决这一问题，人们将先前设计的抗病毒药物用于新的病毒，这被称为药物再利用。⁸与传统的药物开发相比，药物再利用的优势在于药物已经通过了大量的测试，其安全性已知，失败的风险较低。⁹我们最近的研究展示了九种FDA批准的药物在体外成功抑制CHIKV感染和复制的效果，突显了它们作为进一步抗病毒研究和开发的潜力。¹⁰然而，使用抗病毒药物也有缺点，如不稳定性、耐药性和不良的脱靶效应。¹¹

基于纳米粒子的药物递送系统，特别是金属有机框架（MOFs），因其能够克服抗病毒治疗中的局限性而受到关注。¹²MOFs是由金属离子与有机配体结合而成的高度多孔材料，具有可调的孔径、较大的表面积和潜在的生物相容性，适用于医疗应用。^13,14在MOFs中，沸石咪唑框架（ZIFs）因其结构稳定性、生物相容性和pH响应性降解能力而成为药物和基因递送的有希望的候选者，使其非常适合在生理环境中进行靶向递送。^{15, 16, 17}特别是ZIF-8已被证明可以有效地递送各种治疗剂，包括抗癌药物、抗生素和核酸。^18,19ZIF-8在酸性条件下（如感染组织或内体中）能够降解，从而在目标位置控制药物或siRNA的释放，最大化治疗效果同时最小化脱靶效应。^20,21尽管ZIF-8在癌症和抗菌治疗方面得到了广泛研究，但其在抗病毒治疗中的应用，尤其是针对CHIKV的应用尚未得到充分探索。然而，Tagore等人的最新研究表明，将siRNA封装在ZIF-C中是一种有效的抗病毒策略。²²该研究展示了ZIF-C封装的siRNA具有较高的封装效率、较低的细胞毒性和更好的抗病毒效果。这为小分子的递送以及药物再利用引入了另一种治疗策略。ZIF-C是ZIF-8的非多孔碳酸盐相。研究表明，ZIF-8可以在水环境中自发转化为ZIF-C。²³鉴于基于纳米粒子的递送系统的潜力和FDA批准药物在体外的抗病毒活性，本研究旨在评估ZIF-C作为针对CHIKV的再利用抗病毒药物的纳米载体的有效性。从Kasabe等人确定的九种在体外对CHIKV有效的FDA批准药物中，选择了四种有前景的候选药物——依那普利拉特、洛米布韦、美替拉酮和白藜芦醇，使用ZIF-C作为纳米载体进行靶向递送。¹⁰

章节片段

细胞和病毒

所有实验均使用了CHIKV菌株（061573，来自印度安得拉邦）。Vero CCL-81细胞（ATCC? CCL81?）在含有10%胎牛血清（FBS，Gibco?，美国）和抗真菌抗生素溶液（Sigma Aldrich?，美国）的最小必需培养基（MEM，Himedia?，印度）中培养，温度为37°C，二氧化碳浓度为5%。

化合物的制备

本研究中使用的药物包括洛米布韦（产品编号VX-222，纯度99.66%，基于HPLC，Selleckchem）、依那普利拉特（产品编号1235274，美国药典）和美替拉酮

药物封装ZIF的结晶度和形态

作为代表性化合物，使用ZIF+白藜芦醇（ZIF-C（R）来确定纯化后颗粒的结晶度。干燥的ZIF-C（R）的X射线衍射（XRD）图谱表明形成了ZIF的碳酸盐相（图1a）。这种晶体相与典型的钠长石（SOD）ZIF-8的衍射图谱不同。SOD ZIF-8相具有高度有序的多孔立方结构，而ZIF-C则表现为更密集、非多孔的结构

结论

基于纳米粒子的药物递送系统，特别是像沸石咪唑框架（ZIF-C）这样的金属有机框架（MOFs），已成为提高抗病毒药物治疗效果的有希望的载体。³⁵本研究探讨了ZIF-C封装药物制剂在对抗CHIKV感染方面的显著治疗潜力。封装不仅通过改善细胞摄取和稳定性增强了抗病毒活性，还降低了细胞毒性

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

D.P.、K.A.、R.J.、P.P.、M.B.K.、S.A.P.、R.S.和S.C.代表ICMR提交了关于基于沸石咪唑框架-C（ZIF-C）的纳米载体的临时专利，用于递送针对基孔肯雅病毒的再利用抗病毒剂（专利编号202511099549）。

数据可用性声明

所有生成的数据均包含在手稿和补充材料中。如有需要，相应作者将提供额外信息。

资金来源

ICMR-NIV内部资金

DP和RS构思了这项研究。DP、RS、KA和RJ设计了实验。RJ、PP、MBK、SAP和AMD进行了实验。KA、RJ、SC和SAP分析了数据。KA和DP监督了抗病毒研究。RS监督了XRD和EM研究。RJ撰写了初稿。KA、DP、RS和SC对手稿进行了严格审查。所有作者均批准了手稿。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

D.P.、K.A.、R.J.、P.P.、M.B.K.、S.A.P.、R.S.和S.C.代表ICMR提交了关于基于沸石咪唑框架-C（ZIF-C）的纳米载体的临时专利，用于递送针对基孔肯雅病毒的再利用抗病毒剂

致谢

我们感谢ICMR-国家病毒学研究所所长Naveen Kumar博士的持续鼓励和支持。

作者感谢RMIT显微镜与微分析设施（RMMF）的设施以及Microscopy Australia提供的科学和技术支持，该设施由NCRIS资助。Rutuja Jagtap感谢新德里的UGC提供的奖学金。