Die Lösung auf Ölbasis ermöglicht Raumtemperaturspeicher von Protein-Therapeutika

Eine neue Speichertechnik kann Proteinbasis und Impfstoffe stabil halten, ohne sie kalt zu halten. Die Entdeckung, angeführt von Forschern von Penn State, könnte die Notwendigkeit einer Kühlung für Hunderte lebensrettender Medikamente wie Insulin, monoklonale Antikörper und virale Impfstoffe beseitigen.
„Über 80% der biologischen Arzneimittel und 90% der Impfstoffe erfordern temperaturgesteuerte Erkrankungen. Dieser Ansatz könnte ihre Lagerung und Verteilung revolutionieren und sie für alle zugänglicher und erschwinglicher machen“ Professor für biomedizinische Ingenieurwesen bei Penn State.
Dies würde Milliarden von Dollar einsparen, die derzeit für die Kälte dieser Produkte in der gesamten Lieferkette ausgegeben werden, und potenziell die Verwendung von Proteintherapien in Umgebungen ermöglichen, in denen eine konstante Kühlung nicht möglich ist. „
Scott Medina, Studienleiterin und William und Wendy Korb Fraring Career Professor, Biomedical Engineering, Penn State
Die Forschung wurde kürzlich im Journal veröffentlicht Naturkommunikation. Durch eine Reihe von Experimenten ersetzte das Forschungsteam die in proteinbasierte Medikamente üblicherweise verwendete Lösung auf wasserbasis und testete fünf verschiedene Proteine mit einer Reihe von gesundheitsbezogenen Funktionen wie Antikörpern und Enzymen.
Bei der getesteten Mäuse stellten die Forscher fest, dass die neue Lösung genauso wirksam war wie die gekühlten Versionen und zeigten keine Anzeichen einer Toxizität, was bedeutet, dass die Lösung auf Ölbasis keine nachteiligen Auswirkungen auf die Gesundheit gab.
Die Forscher fanden auch heraus, dass die Lösung auf Ölbasis für die Proteinproben von Natur aus steril war, und stellte fest, dass sie nicht durch Bakterien, Pilze oder Viren kontaminiert werden konnten, für die eine Umgebung auf Wasserbasis erforderlich ist, um zu wachsen und zu überleben.
Es gab ein Problem: Proteine in Umgebungen auf Wasserbasis verteilten sich gleichmäßig in der Flüssigkeit. In Öl sind sie nicht so löslich, erklärte Medina. Das Team entwickelte also ein Tensid – ein Molekül, das die Oberfläche des Proteins übersät -, um die Oberfläche des Proteins auf eine Weise zu schützen, die es ihm ermöglicht, sich über die Lösung gleichmäßig zu zerstreuen.
Das Tensid schuf auch eine Schutzhülle um das Protein, die es stabil hielt und verhindert, dass es auch bei Temperaturen bis zu 212 Grad Fahrenheit abbricht, was normalerweise das Kochen von Wasser zum Kochen bringen würde.
„Denken Sie daran wie Regenmäntel für Proteine“, sagte Medina, der auch mit den Huck Institutes der Biowissenschaften von Penn State verbunden ist. „Wie ein Regenmantel trocken hält, hält diese Schutzhülle das Protein vor Wärme und Kontamination, sodass es stabil und funktionell bleibt.“
Medikamente auf Proteinbasis und Impfstoffe reagieren typischerweise auf Wärme, Licht und Bewegung, die dazu führen können, dass sie ihre Struktur und Funktion im Laufe der Zeit verlieren, erklärte Medina. Die Kühlung trägt dazu bei, diesen Abbauprozess zu verlangsamen, sodass das Medikament bis zur Verabreichung wirksam bleibt.
„Bei hohen Temperaturen werden sich Proteine entfalten und inaktiv werden“, sagte Medina. „Die Entfaltung geschieht, denn wenn die Temperatur zunimmt, zieht die Energie der Wassermoleküle das Protein auseinander und entfaltet es. Aus diesem Grund müssen Protein -Therapien häufig in Kühl- oder Gefriergeräten gespeichert werden, um zu verhindern, dass sich die Entfaltung entfaltet.“
Medina sagte, dass diese Ergebnisse das Potenzial haben, Kaltkettenlogistik zu begrenzen oder zu beseitigen, was das Versorgungsnetzwerk ist, das erforderlich ist, um die Therapien aus der Stelle, an der sie an die verschiedenen Verteilungszentren hergestellt werden, erforderlich sind, bevor sie den Patienten verabreicht werden.
Im Jahr 2020 stellten ein anderes Forscherteam heraus, dass die Kaltkette -Logistik bis 2026 weltweit 58 Milliarden US -Dollar kosten wird.
„Wenn dabei etwas schief geht, könnte die Aktivität der Proteintherapie verloren gehen, das Medikament könnte nicht mehr wirksam sein oder es wird kontaminiert und die Patienten könnten möglicherweise geschädigt werden“, sagte Medina.
Die Forscher sagten, ihr Ansatz habe das Potenzial, die Kosten und Hindernisse für Pharmaunternehmen zu senken, was zu mehr Einsparungen und einem besseren Zugang für diese Therapien führen könnte.
„Diese neue Methode könnte auch die Hindernisse senken und es ermöglichen, dass die Medikamente in Ressourcenbetreuungsumgebungen in allen Bevölkerungsgruppen verteilt werden“, sagte Medina. „Wir könnten dies sogar für diejenigen auf dem Schlachtfeld verwenden, wo diese Therapien erforderlich wären, der Zugang zu Kühlung begrenzt ist.“
In Zukunft wollen die Forscher nachweisen, dass ihre Methode mit zusätzlichen Proteinen zusammenarbeitet und mit Pharmaunternehmen zusammenarbeiten, um Proteinmoleküle oder Peptide zu stabilisieren, die in einer Reihe von Medikamenten verwendet werden könnten.
„Wir sind derzeit dabei, Patentrechte zu sichern und zu hoffen, mit Pharmaunternehmen zusammenzuarbeiten, um ihre Proteinprodukte stabiler und zugänglicher zu machen“, sagte Medina.
Das Team umfasst Girish Kirimanjeswara, Associate Professor für tierärztliche und biomedizinische Wissenschaft. Atip Lawanprasert, Mariangely González Vargas und Arishya Dewan, Doktorand von Penn State; sowie Harminder Singh, Postdoktorand; und Sopida Pimcharoen, Studenten. Die Verteidigung Advanced Research Projects Agency finanzierte diese Arbeit.
Quellen:
Lawanprasert, A., et al. (2024) Heat stable and intrinsically sterile liquid protein formulations. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-024-55304-9.