Inovativní hydrogelová terapie na bázi peptidů pro prevenci virů

Inovativní hydrogelová terapie na bázi peptidů pro prevenci virů

Vakcíny zůstávají zlatým standardem ochrany před nebezpečnými patogeny, ale jejich vývoj vyžaduje spoustu času a obrovské prostředky. Rychle mutující viry, jako je SARS-CoV-2, mohou oslabit jejich účinnost a dokonce je učinit nepotřebnými.

K vyřešení těchto mezer vyvíjí multiuniverzitní tým vedený Vivekem Kumarem z New Jersey Institute of Technology hydrogelovou terapii, která funguje jako první obranná linie proti virům a dalším biologickým hrozbám. Peptidy, které tvoří tento gel, zabraňují virům, jako je SARS-CoV-2, který způsobuje COVID-19, v navázání a vstupu do buněk. K tomu se vážou na specifický receptor invazního patogenu a zároveň se shlukují za vzniku vícevrstvé „molekulární masky“, která tlumí jeho účinek.

V průběhu svého výzkumu tým zjistil, že samotná molekulární maska ​​zabraňuje infekcím. Potenciální výhodou této nové technologie je její schopnost bojovat proti různým patogenům a chorobným mutacím.

Ochrana lidí v raných fázích epidemie je důležitá. Náš nový mechanismus by také mohl pomoci těm, kteří zasahují v první linii, vojenskému personálu, který se setká s novými patogeny, lidem ve vzdálených oblastech s nedostatečnou obsluhou a lidem, kteří se nemohou nechat očkovat.

Vivek Kumar, docent biomedicínského inženýrství, New Jersey Institute of Technology

Krátkodobým cílem je vytvořit nosní sprej proti vzdušným infekcím.

Ve studii nedávno zveřejněné v časopiseKomunikace přírodyTým popsal, jak se maska ​​váže na svůj cíl nespecifickým způsobem. Skládá se z výpočtově navržených peptidů (řetězců aminokyselin, které tvoří proteiny), které se samy skládají do vláknitých hydrogelů v nanoměřítku. Pro srovnání, protilátky produkované vakcínami se zaměřují na specifické receptory, jako jsou mRNA vakcíny vyvinuté během pandemie, které se vážou na specifické proteiny na špičce SARS-CoV-2.

Objev týmu vzešel z výzkumu na začátku pandemie o nových přístupech, jak zabránit viru ve vstupu do buněk. Původní návrh, který zahrnoval peptidy zacílené na špičku SARS-CoV-2, se zabýval vysoce specifickými doménami. Nespecifické peptidové gely, které vyvinuli, však také vytvořily na viru vícevrstvé vlákno. Skupina předpokládala, že negativní náboje ve vláknech interagují s různě nabitými proteiny na povrchu viru, maskují je a brání jim v interakci s nativními buňkami.

Ohledně nespecifické proteinové masky Kumar poznamenal: "Tvoří větší strukturu a váže se lépe než jedna molekula. I když nemá vysokou specificitu, dokáže se samosestavit a zůstat na cíli delší dobu a vytvořit vlákno." Nálepka na povrchu, která působí jako molekulární suchý zip.“

Dodal: "Cílem by bylo lokální činidlo, které se váže na virus. V případě SARS-CoV-2 bychom ho nastříkali do nosu, který je hlavním místem infekce, možná i profylakticky."

Tým nejprve otestoval vlákna proti řadě virů pomocí počítačových simulací pomocí výkonných grafických karet NVIDIA, které se často používají v konkurenčním hraní. Později provedli úspěšné bezpečnostní testy na myších a krysách pomocí injekcí a nosních sprejů, řekl Joseph Dodd-o, Ph.D. student v Kumarově laboratoři, který vedl velkou část výzkumu terapie spolu s Abhishekem Royem, rovněž postgraduálním studentem. Student. Terapie inhibovala alfa a omikronové varianty SARS-CoV-2 in vitro a trvala jeden den bez poškození zvířat v testech in vivo.

Kumar vyvinul hydrogely pro řadu terapeutických aplikací. Jeho mechanismus dodávání je přizpůsobitelný a skládá se z peptidových vláken podobných Legu s bioaktivním činidlem na jednom konci, které může přežít týdny a dokonce měsíce v těle, kde se ostatní biomateriály rychle rozkládají. Jeho samoorganizující se vazby jsou navrženy tak, aby byly silnější než rozptylové síly těla; Tvoří stabilní vlákna, bez známek zánětu.

Hydrogel je navržen tak, aby spouštěl různé biologické reakce v závislosti na připojeném užitečném zatížení. Kumarova laboratoř zveřejnila výzkum aplikací od terapií na podporu nebo prevenci tvorby nových sítí krevních cév až po snížení zánětu a boj s mikroby.

"V tomto případě používáme elektrické náboje, které interagují s patogenem, abychom jej zničili," řekl Kumar. "Stále se snažíme přijít na to, jak vlákna interagují: Jde o mechanický způsob působení? Patogeny odolné vůči lékům mutují kolem biochemických modulátorů, ale je méně pravděpodobné, že budou mutovat kolem mechanického kopí? Tím, že pochopíme tuto základní interakci, to je to, co chceme udělat." Zjistěte, jak jej používat proti různým nemocem.

V nových studiích laboratoř testuje terapii proti bakteriím a houbám odolným vůči lékům.

Členové týmu přinášejí rozmanitou škálu odborných znalostí: počítačový design na University of Illinois Chicago; bioanalytické dovednosti na Georgia Tech a Baylor School of Medicine; studoval virologii na Rutgers University; a zkušenosti s platformou, analýzou a testem v NJIT.

Její výzkum je financován National Institutes of Health, US National Science Foundation a New Jersey Economic Development Authority.

Zdroje: