Innovativ peptidbaseret hydrogelterapi til virusforebyggelse

Innovativ peptidbaseret hydrogelterapi til virusforebyggelse

Vacciner er fortsat guldstandarden for beskyttelse mod farlige patogener, men deres udvikling kræver meget tid og enorme ressourcer. Hurtigt muterende vira som SARS-CoV-2 kan svække deres effektivitet og endda gøre dem unødvendige.

For at løse disse huller er et multi-universitetshold ledet af Vivek Kumar fra New Jersey Institute of Technology ved at udvikle en hydrogelterapi, der fungerer som en første forsvarslinje mod vira og andre biologiske trusler. Peptiderne, der udgør denne gel, forhindrer virus som SARS-CoV-2, der forårsager COVID-19, i at binde sig til og trænge ind i celler. For at gøre dette binder de sig til en specifik receptor for det invaderende patogen og aggregeres samtidig for at danne en flerlags "molekylær maske", der dæmper dens virkning.

I løbet af deres forskning fandt holdet ud af, at den molekylære maske alene forhindrede infektioner. Den potentielle fordel ved denne nye teknologi er dens evne til at bekæmpe forskellige patogener og sygdomsmutationer.

Det er vigtigt at beskytte mennesker i de tidlige stadier af et udbrud. Vores nye mekanisme kan også hjælpe førstehjælpere i frontlinjen, militært personel, der støder på nye patogener, mennesker i fjerntliggende, underbetjente områder og folk, der ikke er i stand til at modtage vaccinationer."

Vivek Kumar, lektor i biomedicinsk teknik, New Jersey Institute of Technology

Det kortsigtede mål er at skabe en næsespray mod luftbårne infektioner.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i tidsskriftetNaturkommunikationHoldet beskrev, hvordan masken binder sig til sit mål på en ikke-specifik måde. Den består af beregningsmæssigt designede peptider (aminosyrekæder, der danner proteiner), der selv samles til fibrøse hydrogeler i nanoskala. Til sammenligning er de antistoffer, der produceres af vacciner, rettet mod specifikke receptorer, som mRNA-vaccinerne udviklet under pandemien, som binder til specifikke proteiner på SARS-CoV-2-spidsen.

Holdets opdagelse opstod fra forskning tidligt i pandemien om nye tilgange til at forhindre virussen i at trænge ind i celler. Det oprindelige design, som inkluderede peptider rettet mod SARS-CoV-2-spidsen, adresserede meget specifikke domæner. Men de uspecifikke peptidgeler, de også udviklede, dannede en flerlagsfiber på virussen. Gruppen har postuleret, at de negative ladninger i fibrene interagerer med forskelligt ladede proteiner på virusoverfladen, maskerer dem og forhindrer dem i at interagere med native celler.

Med hensyn til den ikke-specifikke proteinmaske bemærkede Kumar: "Den danner en større struktur og binder bedre end et enkelt molekyle. Selvom den ikke har høj specificitet, kan den selv samle sig og forblive på målet i længere tid og danne en fiber." Klistermærke på overfladen, der fungerer som molekylær velcro."

Han tilføjede: "Målet ville være et aktuelt middel, der binder til virussen. I tilfælde af SARS-CoV-2 ville vi sprøjte det ind i næsen, som er et stort infektionssted, måske endda profylaktisk."

Holdet testede først fibrene mod en række vira ved hjælp af computersimuleringer ved hjælp af kraftfulde NVIDIA-grafikkort, som ofte bruges i konkurrerende spil. De gennemførte senere vellykkede sikkerhedstest på mus og rotter ved hjælp af injektioner og næsespray, sagde Joseph Dodd-o, en Ph.D. studerende i Kumars laboratorium, som udførte meget af forskningen i terapien sammen med Abhishek Roy, også en kandidatstuderende. Studerende. Behandlingen hæmmede alfa- og omicron-varianterne af SARS-CoV-2 in vitro og varede i en dag uden at skade dyrene i in vivo-testene.

Kumar har udviklet hydrogeler til en række terapeutiske anvendelser. Dens leveringsmekanisme kan tilpasses og består af Lego-lignende peptidstrenge med et bioaktivt middel i den ene ende, der kan overleve i uger og endda måneder i kroppen, hvor andre biomaterialer hurtigt nedbrydes. Dens selvorganiserende bindinger er designet til at være stærkere end kroppens dispersive kræfter; Det danner stabile fibre, uden tegn på betændelse.

Hydrogelen er designet til at udløse forskellige biologiske reaktioner afhængigt af den påsatte nyttelast. Kumars laboratorium har offentliggjort forskning om anvendelser lige fra terapier til at fremme eller forhindre dannelsen af ​​nye blodkarnetværk til at reducere inflammation og bekæmpe mikrober.

"I dette tilfælde bruger vi elektriske ladninger, der interagerer med patogenet for at ødelægge det," sagde Kumar. "Vi forsøger stadig at finde ud af, hvordan fibrene interagerer: Er dette en mekanisk virkemåde? Lægemiddelresistente patogener muterer omkring biokemiske modulatorer, men er de mindre tilbøjelige til at mutere omkring et mekanisk spyd? Ved at forstå denne fundamentale interaktion, er det det, vi ønsker at gøre." Find ud af, hvordan du bruger det mod forskellige sygdomme.

I nye undersøgelser tester laboratoriet terapi mod lægemiddelresistente bakterier og svampe.

Teammedlemmer medbringer en bred vifte af ekspertise: computerdesign ved University of Illinois Chicago; bioanalytiske færdigheder ved Georgia Tech og Baylor School of Medicine; studerede virologi ved Rutgers University; og platform, analyse og assay erfaring hos NJIT.

Hendes forskning er finansieret af National Institutes of Health, US National Science Foundation og New Jersey Economic Development Authority.

Kilder: