Development of environmental virology techniques for the early detection and monitoring of respiratory viruses with pandemic potential

Responsabile di Progetto

David Lembo

The Covid-19 pandemic, caused by the SARS-CoV-2 coronavirus, is just the latest iteration of a cyclical phenomenon: epidemics caused by respiratory pathogens are recurring events, severely impacting health systems, the economy and daily life. On the edge of the current scenario, an uncertain horizon is drawn, represented by the impossibility of early detection of a new virus with pandemic potential: indeed, the current approach delegates the monitoring of the spread of viruses to diagnostics, significantly limiting and delaying their detection.

In this context, the research of viruses with pandemic potential in environmental matrices has a fundamental predictive and monitoring role, and yet it is still based on re-adapted methodologies, not validated for this purpose; these limits compromise any intervention in the initial stages of a pandemic and prevent the monitoring of the spread of the pathogen in the more advanced stages.

This project aims at bridging this technological gap, enhancing the synergy between the Regional Agency for Environmental Protection (ARPA) of Piedmont and the Laboratory of Molecular Virology and Antiviral Research, through the development of methods for detecting respiratory viruses with pandemic potential in the air and urban wastewater. These techniques will allow for the early detection of viruses, their isolation and the identification of variants, as well as a more precise and timely identification of epidemic outbreaks. The knowledge deriving from this intervention will provide technologies and tools for the management of the current pandemic and future epidemics.

Ricerca e sviluppo di molecole e materiali antivirali

Sono attualmente in corso diversi progetti nell'area “Ricerca Antivirale” in stretta collaborazione con chimici, biochimici, tecnologi farmaceutici e medici. Questi studi sono applicati a un ampio pannello di virus per i quali la scoperta di nuovi farmaci rappresenta un'esigenza medica rilevante data la mancanza o la limitata disponibilità di specifici farmaci antivirali. Il pannello di virus studiati varia a seconda dei progetti e comprende coronavirus e pseudovirioni di SARS-CoV-2, virus respiratorio sinciziale, virus dell'influenza, rhinovirus, adenovirus, herpesvirus, papillomavirus, zikavirus, Usutu virus e rotavirus.

I principali obiettivi dei progetti di “Ricerca Antivirale” includono:

Scoperta di nuovi inibitori antivirali su colture cellulari in strutture di livello 2 di biosicurezza (BSL-2). Lo screening di librerie/frazioni di molecole e composti di origine naturale/fluidi biologici viene eseguito mediante saggi cellulari high-throughput. Le molecole con il miglior indice di selettività sono studiate per identificare la fase inibita della replicazione virale e il loro potenziale di selezione di ceppi resistenti. Il sequenziamento del genoma virale chiarirà le basi molecolari della resistenza;
Sviluppo preclinico di composti e formulazioni innovative ex vivo valutandone le proprietà biologiche su modelli 3D (tessuti umani e organoidi), compresa la valutazione della biocompatibilità, del potenziale pro-infiammatorio e dell'attività antivirale;
Identificazione di nuovi materiali antivirali basate su nanoparticelle;
Identificazione di nuovi bersagli farmacologici attraverso lo studio dell'interazione virus-ospite;
Approfondimento delle conoscenze sulle proprietà antivirali del latte umano per migliorare e aggiornare le Linee guida internazionali per l'istituzione e il funzionamento delle banche del latte umano;
Determinazione dell’attività neutralizzante di campioni di siero umano nei confronti di virus emergenti.

Risultati e pubblicazioni

Buonanno G, Robotto A, Brizio E, Morawska L, Civra A, Corino F, Lembo D, Ficco G, Stabile L. Link between SARS-CoV-2 emissions and airborne concentrations: Closing the gap in understanding. J Hazard Mater. 2022 Apr 15;428:128279.
Robotto A, Lembo D, Quaglino P, Brizio E, Polato D, Civra A, Cusato J, Di Perri G. Wastewater-based SARS-CoV-2 environmental monitoring for Piedmont, Italy. Environ Res. 2022 Jan;203:111901.
Robotto A, Civra A, Quaglino P, Polato D, Brizio E, Lembo D. SARS-CoV-2 airborne transmission: A validated sampling and analytical method. Environ Res. 2021 Sep;200:111783.
Robotto A, Quaglino P, Lembo D, Morello M, Brizio E, Bardi L, Civra A. SARS-CoV-2 and indoor/outdoor air samples: a methodological approach to have consistent and comparable results. Environ Res. 2021 Apr;195:110847.

Note

The research group of the Laboratory of Molecular Virology and Antiviral Research collaborates with the Regional Agency for Environmental Protection (ARPA) of Piedmont.