Pesquisadores correm para desenvolver armas antivirais para combater o coronavírus pandêmico – Science

Por Robert F. Service11 de março de 2021, 8h

Capa: STEPHAN SCHMITZ / FOLIO ART

Os relatórios COVID-19 da Science são apoiados pela Heising-Simons Foundation.

Em março de 2020, quando o escopo da pandemia COVID-19 estava começando a ser visto, Jen Nwankwo e colegas transformaram um par de ferramentas de inteligência artificial (IA) contra o SARS-CoV-2.

  • Um programa de IA recém-desenvolvido, chamado SUEDE, faz a triagem digital de todos os compostos semelhantes a drogas conhecidos para possível atividade contra biomoléculas que se acredita estarem envolvidas em doenças.
  • O outro, BAGEL, prevê como construir inibidores para alvos conhecidos. Os dois programas procuraram compostos capazes de bloquear enzimas humanas que desempenham papéis essenciais para permitir que o vírus infecte nossas células.

Enquanto SUEDE peneirou 14 bilhões de compostos em apenas algumas horas e cuspiu um sucesso, BAGEL fez um trabalho igualmente rápido de projetar uma pista. Nwankwo, CEO de uma startup de biotecnologia de Massachusetts chamada 1910 Genetics, pediu a um parceiro de uma empresa química que sintetizasse os compostos. Mais ou menos uma semana depois, sua equipe recebeu as ordens, adicionou cada composto às células humanas e descobriu que cada um bloqueava seu alvo e impedia a entrada do vírus nas células. 1910 Genetics está agora procurando parceria com desenvolvedores de medicamentos antivirais para realizar testes em animais e humanos. “Isso mostra que a IA pode acelerar enormemente o design de medicamentos”, diz Nwankwo.

Projetar e desenvolver um medicamento é quase sempre dolorosamente lento, normalmente levando pelo menos uma década, muitas etapas – como estudos com animais, ajustes de moléculas para evitar efeitos colaterais e testes clínicos – não podem ser aceleradas.

Mas a corrida por novos tratamentos contra o COVID-19 está começando com força, à medida que os pesquisadores aceleram outras partes da pesquisa, implantando supercomputadores, robôs, síncrotrons e todas as outras ferramentas que têm para encontrar e testar em laboratório possíveis medicamentos em alta velocidade. De acordo com um rastreador de drogas da indústria de biotecnologia, cerca de 239 moléculas antivirais contra COVID-19 estão em desenvolvimento, visando várias partes do ciclo de vida viral.

Os antivirais têm se mostrado essenciais no combate a outras infecções, como HIV e hepatite C. Esses medicamentos também serão vitais na luta contra o coronavírus pandêmico, apesar do lançamento contínuo das vacinas COVID-19. “Sabemos que nem todos serão capazes de tomar a vacina ou reagir a ela”, diz Mark Denison, virologista da Universidade Vanderbilt. As vacinas também podem perder eficácia à medida que a proteção imunológica diminui ou surgem variantes virais. “Portanto, o desenvolvimento contínuo de antivirais é fundamental”, diz Denison.

Até o momento, a maior parte dessa pesquisa se concentrou em compostos “reaproveitados”, antivirais originalmente desenvolvidos para combater outras doenças. (Outros medicamentos reaproveitados, como o esteróide dexametasona, têm como alvo a reação do corpo à infecção, e não o próprio vírus.) “O reaproveitamento de medicamentos fazia sentido como a primeira coisa a tentar”, diz Nwankwo. Muitos antivirais reaproveitados têm se mostrado promissores contra o SARS-CoV-2 em estudos com células e animais e agora estão em testes clínicos. Um, o remdesivir, já provou acelerar a recuperação em alguns dias em pessoas muito doentes. Mas vários outros antivirais reaproveitados não se mostraram eficazes.

Sabemos que nem todos serão capazes de tomar a vacina ou reagir a ela, portanto, o desenvolvimento contínuo de antivirais é crítico! – Mark Denison, Universidade Vanderbilt

Como resultado, diz Francis Collins, diretor do National Institutes of Health (NIH), “Nós realmente, realmente precisamos de um monte de mais [antivirais]. ” Estimulado por avanços quase diários na compreensão do SARS-CoV-2, a lista crescente de novos compostos que podem bloqueá-lo e os testes clínicos em andamento – alguns deles em estágio avançado – Denison e outros esperam fornecer medicamentos eficazes este ano. Diz Andrew Mesecar, biólogo estrutural da Purdue University: “Estou confiante de que teremos mais tratamentos para o coronavírus”.

NO QUE DIZ RESPEITO AOS VÍRUS, o SARS-CoV-2 é um gigante, com cerca de 30.000 letras de RNA em seu código genético, essas letras codificam 29 proteínas virais que permitem ao vírus infectar as células, se reproduzir, escapar e se espalhar. “Temos sorte de que este vírus nos forneceu tantos alvos, tantas oportunidades de intervenção”, diz Sandra Weller, bióloga molecular da UConn Health.

As 29 proteínas vêm em três categorias principais: proteínas estruturais que compõem o revestimento externo; proteínas não estruturais (NSPs), a maioria das quais ajuda o vírus a se replicar; e proteínas acessórias, várias das quais parecem subjugar a resposta imune do hospedeiro. Até agora, os caçadores de drogas se concentraram principalmente nas proteínas estruturais e de replicação, concentrando-se em moléculas semelhantes às que valeram a pena lutar contra outros vírus.

SARS-CoV-2 possui apenas quatro proteínas estruturais, as proteínas do envelope e da membrana constituem a casca esférica do vírus, e a proteína do nucleocapsídeo protege seu genoma. A quarta proteína, espiga, se projeta da casca, criando a coroa de espinhos que dá ao vírus seu nome e permite que ele se ligue aos receptores da enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2), seu principal ponto de entrada nas células.

Antivirais miram

À medida que infecta as células, se reproduz e se espalha, o coronavírus pandêmico depende de dezenas de proteínas virais e do hospedeiro, eles oferecem uma série de alvos para drogas candidatas que visam bloquear proteínas essenciais para diferentes estágios do ciclo de vida da SARS-CoV-2.

Spike é o principal alvo de muitas vacinas e antivirais, no entanto, moléculas pequenas, o foco típico para programas de descoberta de medicamentos, não funcionam porque não são volumosas o suficiente para impedir que o pico se ligue ao receptor ACE2.

David Baker, biólogo computacional da Universidade de Washington, Seattle, e seus colegas se voltaram para as miniproteínas, cada uma com cerca de 60 aminoácidos, personalizadas para bloquear as interações proteína-proteína. No final de 2020, a equipe de Baker descreveu as miniproteínas sob medida para se ligarem fortemente à proteína spike do vírus e bloquearem sua ligação ao receptor ACE2. As minúsculas proteínas impediram o vírus de infectar células humanas em um tubo de ensaio, e Baker diz que as miniproteínas podem ser medicamentos ideais porque são muito mais estáveis ​​do que proteínas terapêuticas convencionais, como anticorpos, que devem ser refrigerados. Baker está em negociações com empresas farmacêuticas para buscar suas pistas.

Outros pesquisadores têm uma estratégia diferente para interferir na ligação viral, eles estão projetando sósias do ACE2 para servir como iscas, afastando o SARS-CoV-2 das células. Pesquisadores da Neoleukin Therapeutics e seus parceiros, por exemplo, relataram a criação de uma miniproteína, CTC-445.2d, que imita a ACE2, ligando-se tenazmente ao pico. O composto protegeu as células humanas da infecção in vitro. Quando administrado a hamsters em um spray nasal, a isca também evitou que contraíssem doenças graves após receberem uma dose normalmente letal do vírus. Outra molécula “armadilha de receptor”, descrita em novembro de 2020 nos Proceedings of the National Academy of Sciences, também desviava o SARS-CoV-2, impedindo-o de infectar células no tubo de ensaio.

DEPOIS DE ENTRAR NA CÉLULA, o vírus transforma seu hospedeiro em uma fábrica de vírus, é aí que entram os NSPs do SARS-CoV-2, as proteínas virais são feitas pelas próprias fábricas de proteínas da célula hospedeira, os ribossomos, que traduzem o RNA viral em duas longas cadeias de “poliproteínas”. As cadeias geram duas proteínas menores, NSP3 e NSP5, enzimas proteases de corte de proteínas que então fragmentam o resto das poliproteínas em proteínas independentes e funcionais.

“Essas são funções absolutamente críticas, altamente conservadas e devem ser muito, muito vulneráveis” aos antivirais, diz Denison.

Os medicamentos que bloqueiam as proteases combateram com sucesso o HIV e a hepatite C e estão entre os candidatos a antivirais mais populares para a SARS-CoV-2. Dois inibidores de protease reaproveitados para o tratamento de HIV, lopinavir e ritonavir, mostraram-se promissores in vitro contra SARS-CoV-2, mas em outubro de 2020, o grande ensaio clínico Recovery do Reino Unido relatou que não ofereciam nenhum benefício.

Os pesquisadores da gigantes farmacêuticas Pfizer estão buscando um inibidor que pode funcionar melhor porque foi projetado para atingir a NSP5, uma protease que é específica para o SARS-CoV-2 e seus parentes do coronavírus. Os cientistas da Pfizer desenvolveram a droga em 2003 para bloquear a molécula, também conhecida como protease principal (Mpro), na síndrome respiratória aguda grave (SARS), o coronavírus mortal que surgiu no ano anterior. Esse trabalho foi deixado de lado quando a epidemia de SARS morreu. Agora, a Pfizer retirou o composto da prateleira e descobriu que ele impede que o SARS-CoV-2 se reproduza dentro das células humanas. Os pesquisadores da Pfizer ajustaram a estrutura para fazer uma versão mais solúvel, conhecida como PF-07304814. Eles mostraram que reduziu drasticamente a carga viral em camundongos; em outros animais, altas concentrações da droga podem atingir os tecidos.

“É uma pista promissora”, diz Celia Schiffer, bióloga molecular da Escola de Medicina da Universidade de Massachusetts. Em setembro de 2020, a Pfizer lançou um pequeno ensaio clínico para testar a segurança do PF-07304814, administrado por via intravenosa. Mas Annaliesa Anderson, que lidera o programa antiviral da Pfizer, diz que recrutar voluntários tem sido difícil. “Os pacientes estão muito doentes e pode ser tarde demais [para inibir a replicação viral] ou podem não se sentir tão mal”, tornando a terapia intravenosa menos atraente. Dada a lentidão no recrutamento, ela espera resultados no final deste ano.

 

Outros pesquisadores também estão trabalhando em inibidores de Mpro. Na Nature Communications em setembro de 2020, pesquisadores na China relataram sobre dois medicamentos reaproveitados, boceprevir e GC376. O boceprevir é um medicamento contra a hepatite C, enquanto o GC376 foi desenvolvido para atacar um coronavírus felino. Ambos os compostos retardaram a replicação do SARS-CoV-2 nas células. Em 5 de fevereiro, pesquisadores dos EUA relataram em uma pré-impressão do bioRxiv que a maioria dos camundongos que receberam GC376 após receber uma dose letal do vírus pandêmico sobreviveu. E em agosto de 2020 na Science Translational Medicine, pesquisadores dos EUA descreveram um análogo do GC376 que aumentou dramaticamente as taxas de sobrevivência em camundongos infectados com a síndrome respiratória do Oriente Médio e mostrou potentes efeitos antivirais contra SARS-CoV-2 nas células.

Outras moléculas projetadas especificamente para inibir o Mpro de SARS-CoV-2 permanecem em um estágio de teste anterior. Em novembro de 2020, por exemplo, Charlotte Lanteri, microbiologista pesquisadora do Instituto de Pesquisa do Exército Walter Reed, relatou a descoberta de 807 inibidores de Mpro por meio de uma triagem de IA de 41 milhões de compostos. Sua equipe identificou sete como particularmente promissores, mas transformar um ou mais deles em drogas ainda faltam alguns anos, disse Lanteri, que relatou as descobertas em um encontro de medicamentos antivirais no NIH. Ela e seus colegas também estão procurando medicamentos antivirais eficazes contra todos os coronavírus. “Queremos estar preparados o máximo possível para a próxima ameaça emergente”, diz ela.

DEPOIS QUE AS proteases DO SARS-COV-2 libertaram as proteínas do coronavírus das cadeias originais, 15 delas se juntaram para formar o complexo de transcrição de replicação (RTC), que copia o genoma do RNA do vírus para fazer novos vírus.No centro desse mecanismo estão o NSP9, que se fixa na fita de RNA do vírus, e a RNA polimerase dependente de RNA (RdRp), que copia o RNA.

O papel crítico do RTC fez dele, e do RdRp em particular, o centro de tratamento mais popular de todos. É onde o remdesivir atua. A droga é um análogo de nucleosídeo, uma espécie de bloco de construção de imitação de RNA que se assemelha à adenosina (A), uma das quatro letras que compõem o RNA. O impostor engana o RdRp para inserir moléculas de remdesivir em vez de A em filamentos de RNA em crescimento, bloqueando o RdRp e interrompendo a replicação viral.

Os pesquisadores esperam que outros nucleosídeos reaproveitados e análogos de nucleotídeos sejam melhores em enganar o RdRp do coronavírus. (Os nucleotídeos são nucleosídeos com um ou mais grupos fosfato adicionados.) Os candidatos incluem favipiravir e triazavirina, ambos originalmente concebidos para combater os vírus da gripe; ribavirina, um tratamento para o vírus sincicial respiratório e hepatite C; e galidesivir, que pode bloquear a replicação dos vírus Ebola, Zika e febre amarela.

Pesquisadores farmacêuticos usam robótica de alta velocidade e outras ferramentas para acelerar a busca por antivirais. PESQUISA SCRIPPS

Os pesquisadores estão cautelosamente otimistas sobre o molnupiravir, um análogo de nucleosídeo que pode ser tomado como uma pílula e foi originalmente desenvolvido para combater a gripe. No ano passado, as preocupações giraram em torno da droga depois que um denunciante criticou o que ele viu como um esforço impróprio para direcionar o financiamento federal para ela. Mas os resultados positivos mantiveram o progresso no caminho certo.

 

Os primeiros trabalhos mostraram que o molnupiravir se insere no RNA no lugar do nucleosídeo citidina, gerando erros no processo de cópia e causando um acúmulo letal de mutações no vírus. Esse mecanismo tem gerado preocupações de que a droga possa causar mutações semelhantes nas células hospedeiras. Mas Richard Plemper, biólogo celular da Georgia State University, diz que tais problemas não foram observados em estudos com animais.

Em abril de 2020, na Science Translational Medicine, Denison e colegas relataram que, em camundongos, o molnupiravir reduziu drasticamente a replicação de múltiplos coronavírus, incluindo SARS-CoV-2; a droga também cortou a replicação do SARS-CoV-2 em células epiteliais das vias aéreas humanas. Um artigo da Nature acrescentou aos dados encorajadores em fevereiro, mostrando que o composto diminuiu a replicação viral em 100.000 vezes em camundongos projetados para ter tecido pulmonar humano.

Em dezembro de 2020, Plemper e colegas relataram na Nature Microbiology que o molnupiravir pode fazer mais do que apenas prevenir os sintomas. Os pesquisadores deram a droga aos furões, que espalharam prontamente o coronavírus, e a transmissão caiu a zero em 24 horas. “Esta é a primeira demonstração de um medicamento disponível por via oral para bloquear rapidamente a transmissão da SARS-CoV-2”, diz Plemper. Isso é crucial para desacelerar a propagação de doenças. Por ser uma pílula, o molnupiravir pode ser administrado no início do ciclo da doença, exatamente quando a replicação do SARS-CoV-2 atinge o pico, em contraste com os medicamentos injetáveis ​​como o remdesivir. “Queremos começar o tratamento precocemente e evitar que as pessoas cheguem a um hospital”, diz Plemper.

No mesmo mês, uma pré-impressão do medRxiv relatou que um pequeno ensaio de segurança mostrou que a droga era bem tolerada, sem efeitos colaterais graves em voluntários saudáveis. O molnupiravir está agora na fase 2/3 dos ensaios clínicos conduzidos pela Merck e Ridgeback Biotherapeutics; em março, cientistas relataram em uma reunião que o molnupiravir reduziu os níveis virais dos pacientes.

AT-527, outro análogo de nucleosídeo oral desenvolvido para tratar a hepatite C pela Atea Pharmaceuticals e Roche, também está em um ensaio clínico de fase 2 contra COVID-19.

Temos sorte de este vírus nos fornecer tantos alvos, tantas oportunidades de intervenção. – Sandra Weller, UConn Health

Os cientistas estão tentando desligar outras proteínas RTC também, em resultados recentes, dois compostos – zotatifina e plitidepsina – parecem bloquear a replicação viral ao interferir com a NSP9, a enzima que agarra o RNA. Plitidepsin está em um teste de fase 2/3 pela empresa farmacêutica espanhola PharmaMar. Pelo menos três outros NSPs são considerados bons alvos, diz Tomáš Cihlář, virologista da Gilead Sciences, fabricante do remdesivir.

Eventualmente, as drogas poderiam ter como alvo o RNA do coronavírus, não apenas suas proteínas. Na Nature Biotechnology em fevereiro, Emmeline Blanchard, engenheira biomédica do Georgia Institute of Technology, e colegas relataram a criação de uma formulação envolta em polímero de uma enzima editora de genes chamada Cas13a que busca e corta fragmentos de RNA SARS-CoV-2. A enzima Cas13a da equipe tem como alvo regiões altamente conservadas de dois genes virais que codificam a enzima RdRp e a proteína do nucleocapsídeo. Quando hamsters infectados com SARS-CoV-2 inalaram uma formulação vaporizada da droga, isso reduziu a replicação viral e os sintomas da doença.

 

E em setembro de 2020 na ACS Central Science, Matthew Disney, um químico do Scripps Research Institute, e seus colegas relataram a descoberta de um composto chamado C5 que bloqueia um segmento curto de RNA envolvido na replicação do SARS-CoV-2. “Temos outros segmentos do genoma viral que achamos que também podemos atingir”, diz ele.

COMO O SARS-COV-2 depende das proteínas de uma célula hospedeira para se reproduzir, interromper essas proteínas pode ser outro caminho para os tratamentos – com a vantagem de que não direcionar o vírus diretamente pode diminuir suas chances de se tornar resistente aos medicamentos. Seus alvos incluem proteases de células hospedeiras TMPRSS2 e furina, que as drogas candidatas da equipe de Nwankwo bloqueiam. No mês passado, o NIH anunciou que estava lançando um teste de fase 2/3 para mesilato de camostat, outro inibidor de TMPRSS2.

Outro alvo é uma proteína chamada diidroorotato desidrogenase (DHODH), é o eixo de um caminho que as células usam para fazer duas das quatro bases do RNA quando precisam de RNA extra – por exemplo, quando se proliferam. Os vírus sequestram esse caminho para se replicar. Em estudos de células, o bloqueio de DHODH interrompeu o câncer e as doenças virais, como a gripe e o citomegalovírus. E os bloqueadores de DHODH até agora provaram ser seguros quando testados em centenas de pacientes.

Duas empresas de biotecnologia, PTC Therapeutics e Immunic Therapeutics, estão tentando a mesma estratégia contra o SARS-CoV-2. Os vírus de reprodução rápida “têm uma grande necessidade de RNA”, diz Marla Weetall, vice-presidente de farmacologia da PTC Therapeutics. O composto da empresa, PTC299, foi originalmente desenvolvido como uma droga oral para interromper a proliferação celular na leucemia mieloide aguda. Em uma pré-impressão de agosto de 2020 no bioRxiv, Weetall e colegas relataram que o PTC299 inibiu fortemente a replicação do SARS-CoV-2 nas células. O composto também bloqueou a produção de moléculas imunológicas que as células constroem usando bases de RNA, sugerindo que o PTC299 pode ajudar a domar a reação imunológica exagerada observada em COVID-19 grave.

Daniel Vitt, CEO da Immunic Therapeutics, diz que sua empresa também viu resultados promissores em testes em humanos de seu composto oral, IMU-838, desenvolvido para tratar doenças inflamatórias e autoimunes. Em fevereiro, a empresa divulgou resultados preliminares sugerindo que os pacientes hospitalizados que tomavam o medicamento tinham menos necessidade de ventiladores. Os testes continuam para ambas as empresas.

EM ÚLTIMA ANÁLISE, é provável que nenhum composto seja capaz de causar um nocaute no coronavírus pandêmico, em parte porque é provável que surjam vírus resistentes aos medicamentos. Collins e outros argumentam que a melhor estratégia leva uma página do tratamento para HIV e hepatite C: misturar e combinar antivirais direcionados a várias proteínas, tornando mais difícil para o vírus desenvolver várias soluções alternativas ao mesmo tempo. “Nós realmente precisamos de um arsenal”, diz Lillian Chiang, CEO da Evrys Bio, que está trabalhando em antivirais contra proteínas da célula hospedeira.

“Isso vai levar tempo”, diz Michael Sofia, diretor científico da Arbutus Biopharma, uma empresa canadense de antivirais, e dinheiro, de acordo com estimativas recentes, trazer um novo medicamento ao mercado custa entre US $ 985 milhões e US $ 2,8 bilhões. Anderson diz que a Pfizer, por exemplo, está comprometendo os recursos da empresa para derrotar a pandemia sem expectativa de lucro. Outras empresas dizem o mesmo. Mas durante as calmarias anteriores nos surtos de doenças infecciosas, muitas empresas farmacêuticas abandonaram o trabalho com antivirais. “Assim que isso deixar de ser uma área quente, as pessoas irão embora”, diz Nwankwo.

Em outro desincentivo, os tratamentos antivirais para o SARS-CoV-2 podem ser administrados por apenas uma ou duas semanas, dando aos fabricantes de medicamentos uma janela estreita para colher retornos. Como resultado, Denison e outros argumentam que é necessário mais apoio do governo para manter o estoque do arsenal antiviral. Qualquer calmaria na batalha contra o SARS-CoV-2 e seus semelhantes provavelmente será temporária, dizem eles.

“Vamos ter outro coronavírus”, diz Mesecar. “Nós simplesmente não sabemos como será. ”

* Esclarecimento, 11 de março, 14h30: Esta história foi atualizada para esclarecer a alegação de um denunciante.

Postado em: SaúdeCoronavírus

Doi: 10.1126 / science.abh4298

Robert F. Service

Bob é um repórter da Science em Portland, Oregon, cobrindo histórias de química, ciência dos materiais e energia.

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