Il professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali David Needham ha dimostrato che un leggero aumento del pH della soluzione potrebbe essere tutto ciò che serve per trasformare un farmaco inibitore del metabolismo, tradizionalmente usato per trattare i parassiti intestinali, in un promettente spray nasale profilattico/preventivo e spray per il trattamento precoce della gola per COVID-19.
I risultati appaiono online il 28 dicembre sulla rivista Pharmaceutical Research.
Dal 1958, la niclosamide è stata utilizzata per trattare le infezioni da parassiti intestinali negli esseri umani, negli animali domestici e negli animali da fattoria. Consegnato sotto forma di compresse orali, il farmaco uccide i parassiti al contatto inibendo il loro cruciale percorso metabolico e interrompendo il loro approvvigionamento energetico.
Negli ultimi anni, tuttavia, i ricercatori hanno testato il potenziale della niclosamide nel trattamento di una gamma molto più ampia di malattie, come molti tipi di cancro, malattie metaboliche, artrite reumatoide e sclerosi sistemica. Recenti studi di laboratorio sulle cellule hanno anche dimostrato che il farmaco è un potente farmaco antivirale, inibendo la capacità di un virus di causare malattie prendendo di mira la fornitura di energia della cellula ospite che il virus coopta per la sua autoreplicazione.
La niclosamide agisce principalmente sui mitocondri della cellula ospite, che sono come le batterie della cellula che producono energia. Il farmaco impedisce alla cellula di produrre la sua principale molecola di energia, l’adenosina 5′-trifosfato o ATP. Senza l’approvvigionamento energetico della cellula infetta, il virus ha difficoltà a replicare copie vitali di se stesso per causare ulteriori infezioni. Questi effetti sono reversibili e non provocano la morte cellulare.
“La niclosamide abbassa l’interruttore più debole sull’energia di una cellula e sostanzialmente mette il virus in blocco”, ha affermato Needham, l’unico autore del nuovo studio. Se utilizzata insieme a vaccini, mascheratura e altre misure di mitigazione raccomandate per la prevenzione del COVID, la nuova soluzione di niclosamide ha un potenziale come strategia aggiuntiva, ha affermato. “Questo sviluppo potrebbe consentire spray per naso e gola sicuri ed efficaci che forniscono una protezione aggiuntiva dietro la mascherina”.
Come cambiare strategia per il COVID-19
In una collaborazione in corso con Will Eward, un oncologo chirurgico alla Duke, Needham aveva già dimostrato che la niclosamide ha attività nel cancro alle ossa nei topi e nei cani quando viene trasformata in una nanoparticella che essenzialmente, come dice, “fa sembrare il farmaco il cibo del cancro.”
In un’altra collaborazione con Christina Barkauskas, assistente professore di medicina in medicina polmonare alla Duke, stavano iniziando studi preliminari sul potenziale utilizzo della stessa formulazione di niclosamide per la fibrosi polmonare quando è scoppiata la pandemia.
Come molti ricercatori in tutto il mondo, Needham ha cambiato marcia verso gli studi diretti sul COVID. Dopo che un documento coreano che ha esaminato i farmaci esistenti per l’efficacia contro COVID-19 ha identificato la niclosamide come potenziale bersaglio, ha trascorso l’anno successivo a ricercare una gamma di formulazioni di soluzioni, nanoparticelle e microparticelle. Gli studi coreani sulle cellule animali hanno dimostrato che bastava solo una bassa concentrazione di niclosamide prima dell’infezione per fermare completamente la replicazione del virus SARS-COV-2.
Le cellule animali utilizzate, tuttavia, sono estremamente resistenti e durevoli. Per scoprire quanto efficace e tollerabile la niclosamide potrebbe essere per l’uso umano nella lotta contro il COVID-19, Needham e Barkauskas si sono rivolti a cellule più pertinenti all’infezione nasale e bronchiale iniziale, cellule epiteliali respiratorie, e hanno coinvolto altri ricercatori clinici presso la Duke.
Senza virus vivi con cui testare, i ricercatori si sono concentrati sulla misurazione della quantità di niclosamide che riduce i livelli di ATP delle cellule delle vie aeree umane. Sulla base delle misurazioni dell’ATP-inibizione virale dello studio coreano, Patty Lee, professoressa di medicina, biologia cellulare e patologia alla Duke, e il suo post-dottorato Sojin Kim, hanno scoperto che solo una concentrazione micromolare del farmaco può abbassare i livelli di ATP abbastanza da potenzialmente tagliare completamente la riproduzione del virus senza danneggiare le cellule stesse.
Questi studi sono stati, tuttavia, condotti su cellule immerse in terreni di coltura cellulare, il che rallenta la velocità con cui la niclosamide viene assorbita e può agire nelle cellule. In ulteriori studi cellulari da banco con Barkauskas e Zach Kelleher, un tecnico di laboratorio nel suo laboratorio, i ricercatori si sono concentrati sulle cellule delle vie aeree umane trattate solo con la soluzione tamponata di niclosamide.
Finanziato da una sovvenzione dell’American Lung Association, lo studio suggerisce che dosi ancora più basse sono sufficienti per influenzare positivamente le cellule delle vie aeree. Ma tutti e tre questi studi non tengono conto del muco.
I farmaci antiallergici tradizionali come Flonase e Nasonex contengono circa 6.000-30.000 volte più dei rispettivi principi attivi in soluzione di quanto sarebbe necessario per influenzare le cellule negli studi da banco. Questo perché solo una piccola quantità del farmaco attivo riesce effettivamente a superare lo strato protettivo di muco che copre costantemente la parte posteriore del naso e della gola delle persone.
La niclosamide, tuttavia, non si dissolve facilmente nei liquidi a base d’acqua che può essere spruzzata nel naso e nella bocca di una persona. La normale concentrazione di soluzione ottenibile del farmaco a un pH nasale di circa 6 o 7 è vicina o addirittura inferiore a quella che gli studi da banco suggeriscono sia necessaria per impedire al virus di replicarsi nelle cellule prive di muco protettivo.
Basandosi sui calcoli di come le molecole come la niclosamide si diffondono attraverso un sottile strato di muco, Needham stima che una concentrazione di soluzione che sia circa 10 volte maggiore di quella tipicamente ottenibile sia necessaria per produrre uno spray profilattico e terapeutico funzionante e che possa attraversare il strato di muco in pochi millisecondi. La domanda per Needham era, quindi, come arrivare a quella concentrazione.
Regolazione del pH
Nel nuovo documento, Needham dimostra che il semplice aumento dell’alcalinità della soluzione potrebbe essere sufficiente per attraversare la barriera mucosa e raggiungere le cellule in cui si verifica un’infezione da COVID-19. Ha scoperto che l’aumento del pH della soluzione a un pH leggermente alcalino di 8.0, accettabile per uno spray nasale, può dissolvere una quantità sufficiente di niclosamide per soddisfare i requisiti dei suoi calcoli.
E l’aumento del pH a 9.2, che è ancora tollerabile per uno spray per la gola, batte quel benchmark di 10 volte di più e potrebbe essere utilizzato nelle prime infezioni. Sebbene promettenti, osserva Needham, questi risultati devono ancora essere testati in cellule effettivamente infettate da COVID-19, nonché in tali cellule protette da uno strato di muco, che richiede la ricerca di laboratori e agenzie partner con le necessarie risorse di biocontenimento e virus vivi.
Un protocollo per la produzione di lotti da un litro che possono essere riempiti e sigillati in fiale da 10 ml con tappo sterile è già stato sviluppato nella farmacia Duke da Vincent Gaver, farmacista di ricerca clinica, e Beth McLendon-Arvik, direttrice di Investigational Drug Services. E nella sua nuova domanda di brevetto, Needham ha anche descritto un metodo per estrarre niclosamide da compresse disponibili in commercio nella soluzione senza utilizzare solventi organici.
“Poiché agisce sulle cellule piuttosto che sul virus, la niclosamide potrebbe funzionare come agente profilattico virale respiratorio, non solo contro COVID-19 e tutte le sue varianti, ma anche contro qualsiasi nuovo virus. Sebbene i vaccini siano chiaramente efficaci, un preventivo nasale aggiungerebbe protezione. E anche se un’infezione ha già preso piede, questa formulazione potrebbe essere utilizzata come spray per il trattamento precoce della gola che potrebbe fermare la carica virale che si dirige verso i polmoni che causa gli effetti più devastanti della malattia.”
David Needham, autore dello studio
Needham ha già depositato una domanda di brevetto e sta attivamente cercando partner dell’industria, del governo e dell’istituto di malattie infettive per aiutare a portare avanti le sperimentazioni cliniche e la commercializzazione.