Toward a Radically Simple Multi-Modal Nasal Spray for Preventing Respiratory Infections.
antibacterial
antiviral
broad spectrum protection
nasal prophylaxis
nasal spray
pathogen capture
respiratory infections
virus neutralization
Journal
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
ISSN: 1521-4095
Titre abrégé: Adv Mater
Pays: Germany
ID NLM: 9885358
Informations de publication
Date de publication:
24 Sep 2024
24 Sep 2024
Historique:
revised:
18
08
2024
received:
03
05
2024
medline:
25
9
2024
pubmed:
25
9
2024
entrez:
25
9
2024
Statut:
aheadofprint
Résumé
Nasal sprays for pre-exposure prophylaxis against respiratory infections show limited protection (20-70%), largely due to their single mechanism of action-either neutralizing pathogens or blocking their entry at the nasal lining, and a failure to maximize the capture of respiratory droplets, allowing them to potentially rebound and reach deeper airways. This report introduces the Pathogen Capture and Neutralizing Spray (PCANS), which utilizes a multi-modal approach to enhance efficacy. PCANS coats the nasal cavity, capturing large respiratory droplets from the air, and serving as a physical barrier against a broad spectrum of viruses and bacteria, while rapidly neutralizing them with over 99.99% effectiveness. The formulation consists of excipients identified from the FDA's Inactive Ingredient Database and Generally Recognized as Safe list to maximize efficacy for each step in the multi-modal approach. PCANS demonstrates nasal retention for up to 8 hours in mice. In a severe Influenza A mouse model, a single pre-exposure dose of PCANS leads to a >99.99% reduction in lung viral titer and ensures 100% survival, compared to 0% in the control group. PCANS suppresses pathological manifestations and offers protection for at least 4 hours. This data suggest PCANS as a promising daily-use prophylactic against respiratory infections.
Identifiants
pubmed: 39318086
doi: 10.1002/adma.202406348
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2406348Subventions
Organisme : Gillian Reny Stepping Strong Center for Trauma Innovation at the Brigham and Women's Hospital
Organisme : Department of Anesthesiology, Perioperative and Pain Medicine at Brigham and Women's Hospital
Organisme : Fulbright Nehru Postdoctoral Fellowship
Organisme : Boston University
Organisme : Peter Paul Career Development Award
Informations de copyright
© 2024 Wiley‐VCH GmbH.
Références
T. Ferkol, D. Schraufnagel, Ann. Am. Thorac. Soc. 2014, 11, 404.
M. K. Hossain, M. Hassanzadeganroudsari, V. Apostolopoulos, Expert Rev. Vaccines 2021, 20, 635.
J. L. Excler, M. Saville, S. Berkley, J. H. Kim, Nat. Med. 2021, 27, 591.
E. V. Bailey, F. A. Wilson, JAMA Netw. Open 2022, 5, e226108.
O. J. Watson, G. Barnsley, J. Toor, A. B. Hogan, P. Winskill, A. C. Ghani, Lancet Infect. Dis. 2022, 22, 1293.
J. Joseph, Immuno 2022, 2, 571.
M. G. Thompson, J. L. Burgess, A. L. Naleway, H. Tyner, S. K. Yoon, J. Meece, L. E. W. Olsho, A. J. Caban‐Martinez, A. L. Fowlkes, K. Lutrick, H. C. Groom, K. Dunnigan, M. J. Odean, K. Hegmann, E. Stefanski, L. J. Edwards, N. Schaefer‐Solle, L. Grant, K. Ellingson, J. L. Kuntz, T. Zunie, M. S. Thiese, L. Ivacic, M. G. Wesley, J. Mayo Lamberte, X. Sun, M. E. Smith, A. L. Phillips, K. D. Groover, Y. M. Yoo, et al., N. Engl. J. Med. 2021, 385, 320.
C. C. Wang, K. A. Prather, J. Sznitman, J. L. Jimenez, S. S. Lakdawala, Z. Tufekci, L. C. Marr, Science 2021, 373, 1979.
J. H. Ahn, J. M. Kim, S. P. Hong, S. Y. Choi, M. J. Yang, Y. S. Ju, Y. T. Kim, H. M. Kim, T. Rahman, M. K. Chung, S. D. Hong, H. Bae, C. S. Lee, G. Y. Koh, J. Clin. Invest. 2021, 131.
W. Sungnak, N. Huang, C. Bécavin, M. Berg, R. Queen, M. Litvinukova, C. Talavera‐López, H. Maatz, D. Reichart, F. Sampaziotis, K. B. Worlock, M. Yoshida, J. L. Barnes, N. E. Banovich, P. Barbry, A. Brazma, J. Collin, T. J. Desai, T. E. Duong, O. Eickelberg, C. Falk, M. Farzan, I. Glass, R. K. Gupta, M. Haniffa, P. Horvath, N. Hubner, D. Hung, N. Kaminski, M. Krasnow, et al., Nat. Med. 2020, 26, 681.
A. B. Patel, A. Verma, JAMA – J. Am. Med. Assoc. 2020, 323, 2386.
Y. J. Hou, K. Okuda, C. E. Edwards, D. R. Martinez, T. Asakura, K. H. Dinnon, T. Kato, R. E. Lee, B. L. Yount, T. M. Mascenik, G. Chen, K. N. Olivier, A. Ghio, L. V. Tse, S. R. Leist, L. E. Gralinski, A. Schäfer, H. Dang, R. Gilmore, S. Nakano, L. Sun, M. L. Fulcher, A. Livraghi‐Butrico, N. I. Nicely, M. Cameron, C. Cameron, D. J. Kelvin, A. de Silva, D. M. Margolis, A. Markmann, et al., Cell 2020, 182, 429.
B. Xia, X. Pan, R. H. Luo, X. Shen, S. Li, Y. Wang, X. Zuo, Y. Wu, Y. Guo, G. Xiao, Q. Li, X. Y. Long, X. Y. He, H. Y. Zheng, Y. Lu, W. Pang, Y. T. Zheng, J. Li, L. K. Zhang, Z. Gao, Cell Discov. 2023, 9, 2.
S. Baur, M. Rautenberg, M. Faulstich, T. Grau, Y. Severin, C. Unger, W. H. Hoffmann, T. Rudel, I. B. Autenrieth, C. Weidenmaier, PLoS Pathog. 2014, 10, 1004089.
J. N. Weiser, D. M. Ferreira, J. C. Paton, Nat. Rev. Microbiol. 2018, 16, 355.
N. Ivanova, Y. Sotirova, G. Gavrailov, K. Nikolova, V. Andonova, Pharmaceutics 2022, 14, 530.
S. Williamson, L. Dennison, K. Greenwell, J. Denison‐Day, F. Mowbray, S. Richards‐Hall, D. Smith, K. Bradbury, B. Ainsworth, P. Little, A. W. A. Geraghty, L. Yardley, BMJ Open 2022, 12, e059661.
M. Morokutti‐Kurz, M. Fröba, P. Graf, M. Große, A. Grassauer, J. Auth, U. Schubert, E. Prieschl‐Grassauer, PLoS One 2021, 16, e0237480.
S. Frank, S. M. Brown, J. A. Capriotti, J. B. Westover, J. S. Pelletier, B. Tessema, JAMA Otolaryngol. Head Neck Surg. 2020, 146, 1054.
M. Tandon, W. Wu, K. Moore, S. Winchester, Y. P. Tu, C. Miller, R. Kodgule, A. Pendse, S. Rangwala, S. Joshi, Lancet Region. Health – Southeast Asia 2022, 3, 100036.
A. Leibbrandt, C. Meier, M. König‐Schuster, R. Weinmüllner, D. Kalthoff, B. Pflugfelder, P. Graf, B. Frank‐Gehrke, M. Beer, T. Fazekas, H. Unger, E. Prieschl‐Grassauer, A. Grassauer, PLoS One 2010, 5, e14320.
Y. Lin, S. Yue, Y. Yang, S. Yang, Z. Pan, X. Yang, L. Gao, J. Zhou, Z. Li, L. Hu, J. Tang, Q. Wu, S. Lei, Q. Tian, Y. Wang, Y. Hao, L. Xu, Q. Huang, B. Zhu, Y. Chen, X. Chen, L. Ye, Clin. Infect. Dis. 2023, 76, e336.
D. Balmforth, J. A. Swales, L. Silpa, A. Dunton, K. E. Davies, S. G. Davies, A. Kamath, J. Gupta, S. Gupta, M. A. Masood, Á. McKnight, D. Rees, A. J. Russell, M. Jaggi, R. Uppal, Journal of Clinical Virology 2022, 155, 105248.
J. Joseph, H. M. Baby, S. Zhao, X. Li, K. Cheung, K. Swain, E. Agus, S. Ranganathan, J. Gao, J. N. Luo, N. Joshi, Exploration 2022, 2, 20210038.
M. Fröba, M. Große, C. Setz, P. Rauch, J. Auth, L. Spanaus, J. Münch, N. Ruetalo, M. Schindler, M. Morokutti‐Kurz, P. Graf, E. Prieschl‐Grassauer, A. Grassauer, U. Schubert, Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 13202.
A. Gaffar, H. Thacore SUNY buffalo Seiyoung Yun, A. Chemine, M. Ferrari BioqualUSA, L. Wattay, M. L. Peterson, Preprint, Research Square 2022.
C. C. Go, K. Pandav, M. A. Sanchez‐Gonzalez, G. Ferrer, Cureus 2020.
R. J. A. Moakes, S. P. Davies, Z. Stamataki, L. M. Grover, Adv. Mater. 2021, 33, 2008304.
F. Lisi, A. N. Zelikin, R. Chandrawati, Adv. Sci. 2021, 8, 2003895.
D. Zarabanda, N. Vukkadala, K. M. Phillips, Z. J. Qian, K. O. Mfuh, M. J. Hatter, I. T. Lee, V. K. Rao, P. H. Hwang, G. Domb, Z. M. Patel, B. A. Pinsky, J. V. Nayak, Laryngoscope 2022, 132, 2089.
J. Pennington, P. Pandey, H. Tat, J. Willson, B. Donovan, Drug Dev. Ind. Pharm. 2008, 34, 923.
G. M. Eccleston, M. Bakhshaee, N. E. Hudson, D. H. Richards, Drug Dev. Ind. Pharm. 2000, 26, 975.
S. Lungare, J. Bowen, R. Badhan, J. Pharm. Sci. 2016, 105, 1209.
D. M. Kirchmajer, B. Steinhoff, H. Warren, R. Clark, M. in het Panhuis, Carbohydr. Res. 2014, 388, 125.
D. Schutz, C. Conzelmann, G. Fois, R. Groß, T. Weil, L. Wettstein, S. Stenger, A. Zelikin, T. K. Hoffmann, M. Frick, J. A. Muller, J. Munch, Am. J .Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2021, 320, L750.
M. P. Dirauf, P. C. Wagner, A. S. Braeuer, J. Supercrit. Fluids 2022, 191, 105762.
F. Elwinger, P. Pourmand, I. Furó, J. Phys. Chem. C 2017, 121, 13757.
H. R. Moreira, L. P. da Silva, R. L. Reis, A. P. Marques, Polymers (Basel) 2020, 12, 329.
M. J. Penn, M. G. Hennessy, Appl. Math. Model. 2022, 112, 649.
T. E. Robinson, R. J. A. Moakes, L. M. Grover, Front Med Technol 2021, 3, 687681.
P. D. Rakowska, M. Tiddia, N. Faruqui, C. Bankier, Y. Pei, A. J. Pollard, J. Zhang, I. S. Gilmore, Commun Mater 2021, 2.
D. W. Woolley, J. Exp. Med. 1949, 89, 11.
Q. Lin, J. Y. C. Lim, K. Xue, P. Y. M. Yew, C. Owh, P. L. Chee, X. J. Loh, VIEW 2020, 1, e16.
Y. Kobayashi, Y. Suzuki, PLoS One 2012, 7, 40422.
P. H. Pawłowski, AIMS Biophys. 2021, 8, 111.
J. M. Figueroa, M. E. Lombardo, A. Dogliotti, L. P. Flynn, R. Giugliano, G. Simonelli, R. Valentini, A. Ramos, P. Romano, M. Marcote, A. Michelini, A. Salvado, E. Sykora, C. Kniz, M. Kobelinsky, D. M. Salzberg, D. Jerusalinsky, O. Uchitel, Int. J. Gen. Med. 2021, 14, 6277.
A. Frediansyah, Clin. Epidemiol. Glob. Health 2021, 12, 100826.
N. A. Hodges, S. P. Denyer, G. W. Hanlon, J. P. Reynolds, J. Pharm. Pharmacol. 1996, 48, 1237.
R. C. Rowe, P. J. Sheskey, W. G. Cook, A. P. Association, M. E. Fenton, Handbook of Pharmaceutical Excipients, Pharmaceutical Press, London 2012.
M. Pérez‐Rodríguez, M. L. Cabo, E. Balsa‐Canto, M. R. García, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 12132.
S. Rugonyi, S. C. Biswas, S. B. Hall, Respir. Physiol. Neurobiol. 2008, 163, 244.
G. W. Hallworth, D. G. Westmoreland, J. Pharm. Pharmacol. 1987, 39, 966.
A. Cidem, P. Bradbury, D. Traini, H. X. Ong, Front. Bioeng. Biotechnol. 2020, 8, 581995.
H. Y. Choi, Y. H. Lee, C. H. Lim, Y. S. Kim, I. S. Lee, J. M. Jo, H. Y. Lee, H. G. Cha, H. J. Woo, D. S. Seo, Part. Fibre Toxicol. 2020, 17, 5.
B. Marple, P. Roland, M. Benninger, Otolaryngol. – Head Neck Surg. 2004, 130, 131.
P. G. Djupesland, J. C. Messina, R. A. Mahmoud, in Ther Deliv, Newlands Press Ltd, London 2020, pp. 485–495.
S. Gizurarson, Biol. Pharm. Bull 2015, 38, 497.
J. D. Ehrick, S. A. Shah, C. Shaw, V. S. Kulkarni, I. Coowanitwong, S. De, J. D. Suman, Sterile Product Development 2013, 6, 99.
V. Kulkarni, C. Shaw, Formulat. Characteriz. Nasal Sprays 2012.
M. Fukushi, T. Ito, T. Oka, T. Kitazawa, T. Miyoshi‐Akiyama, T. Kirikae, M. Yamashita, K. Kudo, PLoS One 2011, 6, 21207.
A. T. Harding, G. D. HaasI, B. S. Chambers, N. S. Heaton, PLoS Pathog. 2019, 15, 1008098.
N. Gonzalez‐Juarbe, A. N. Riegler, A. S. Jureka, R. P. Gilley, J. D. Brand, J. E. Trombley, N. R. Scott, M. P. Platt, P. H. Dube, C. M. Petit, K. S. Harrod, C. J. Orihuela, Cell Rep. 2020, 32, 108062.
D. Gowda, M. Ohno, S. G. Siddabasave, H. Chiba, M. Shingai, H. Kida, S. P. Hui, Sci. Rep. 2021, 11, 20161.
X. He, C. He, W. Hong, J. Yang, X. Wei, Med. Res. Rev. 2023, 43, 932.
D. Planas, N. Saunders, P. Maes, F. Guivel‐Benhassine, C. Planchais, J. Buchrieser, W. H. Bolland, F. Porrot, I. Staropoli, F. Lemoine, H. Péré, D. Veyer, J. Puech, J. Rodary, G. Baele, S. Dellicour, J. Raymenants, S. Gorissen, C. Geenen, B. Vanmechelen, T. Wawina ‐Bokalanga, J. Martí‐Carreras, L. Cuypers, A. Sève, L. Hocqueloux, T. Prazuck, F. A. Rey, E. Simon‐Loriere, T. Bruel, H. Mouquet, et al., Nature 2022, 602, 671.
M. L. Cannon, J. B. Westover, R. Bleher, M. A. Sanchez‐Gonzalez, G. Ferrer, bioRxiv preprint 2020.
G. Tatykhanova, V. Aseyev, S. E. Kudaibergenov, Reviews and Advances in Chemistry 2020, 10, 140.
N. Thirawong, J. Nunthanid, S. Puttipipatkhachorn, P. Sriamornsak, Eur. J. Pharm. Biopharm. 2007, 67, 132.
J. Jiao, L. Zhang, Allergy Asthma Immunol. Res. 2019, 11, 306.
Z. Ku, X. Xie, P. R. Hinton, X. Liu, X. Ye, A. E. Muruato, D. C. Ng, S. Biswas, J. Zou, Y. Liu, D. Pandya, V. D. Menachery, S. Rahman, Y. A. Cao, H. Deng, W. Xiong, K. B. Carlin, J. Liu, H. Su, E. J. Haanes, B. A. Keyt, N. Zhang, S. F. Carroll, P. Y. Shi, Z. An, Nature 2021, 595, 718.
C. Bogdan, Nat. Immunol. 2001, 2, 907.
J. L. Americo, C. A. Cotter, P. L. Earl, R. Liu, B. Moss, Proc Natl Acad Sci U S A 2022, 119, e2202069119.
N. A. Ilyushina, A. M. Khalenkov, J. P. Seiler, H. L. Forrest, N. V. Bovin, H. Marjuki, S. Barman, R. G. Webster, R. J. Webby, J. Virol. 2010, 84, 8607.
J. A. Belser, K. M. Gustin, J. M. Katz, T. R. Maines, T. M. Tumpey, Virology 2015, 481, 107.
V. Fumagalli, M. Ravà, D. Marotta, P. Di Lucia, C. Laura, E. Sala, M. Grillo, E. Bono, L. Giustini, C. Perucchini, M. Mainetti, A. Sessa, J. M. Garcia‐Manteiga, L. Donnici, L. Manganaro, S. Delbue, V. Broccoli, R. De Francesco, P. D'Adamo, M. Kuka, L. G. Guidotti, M. Iannacone, Sci Immunol 2022, 7, eabl9929.
S. Gizurarson, Acta Pharm. Nord. 1990, 2, 105.
X. Mei, J. Li, Z. Wang, D. Zhu, K. Huang, S. Hu, K. D. Popowski, K. Cheng, Nat. Mater. 2023, 22, 903.
U. C. Galgatte, A. B. Kumbhar, P. D. Chaudhari, Drug Deliv 2014, 21, 62.
R. Hamed, J. Fiegel, J. Biomed. Mater. Res A 2014, 102, 1788.
X. Xie, A. E. Muruato, X. Zhang, K. G. Lokugamage, C. R. Fontes‐Garfias, J. Zou, J. Liu, P. Ren, M. Balakrishnan, T. Cihlar, C. T. K. Tseng, S. Makino, V. D. Menachery, J. P. Bilello, P. Y. Shi, Nat. Commun. 2020, 11.
M. J. Barea, M. J. Jenkins, M. H. Gaber, R. H. Bridson, Int. J. Pharm. 2010, 402, 89.
H. Zhang, Methods Mol. Biol. 2017, 1522, 17.
D. J. Farina, in Handbook of Non‐Invasive Drug Delivery Systems, Elsevier, Amsterdam 2010, pp. 247–290.
S. Awasthi, N. Rahman, B. Rui, G. Kumar, V. Awasthi, M. Breshears, S. Kosanke, BMC Pulm Med 2020, 20.