Καινοτόμος θεραπεία υδρογέλης με βάση τα πεπτίδια για την πρόληψη του ιού

Καινοτόμος θεραπεία υδρογέλης με βάση τα πεπτίδια για την πρόληψη του ιού

Τα εμβόλια παραμένουν το χρυσό πρότυπο για την προστασία από επικίνδυνα παθογόνα, αλλά η ανάπτυξη τους απαιτεί πολύ χρόνο και τεράστιους πόρους. Οι ταχέως μεταλλαγμένοι ιοί όπως ο SARS-CoV-2 μπορούν να αποδυναμώσουν την αποτελεσματικότητά τους και ακόμη και να τους καταστήσουν περιττούς.

Για να αντιμετωπίσει αυτά τα κενά, μια πολυπανεπιστημιακή ομάδα με επικεφαλής τον Vivek Kumar του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Νιου Τζέρσεϊ αναπτύσσει μια θεραπεία υδρογέλης που λειτουργεί ως πρώτη γραμμή άμυνας ενάντια σε ιούς και άλλες βιολογικές απειλές. Τα πεπτίδια που συνθέτουν αυτό το τζελ εμποδίζουν ιούς όπως ο SARS-CoV-2, ο οποίος προκαλεί τον COVID-19, να προσκολληθούν και να εισέλθουν στα κύτταρα. Για να γίνει αυτό, συνδέονται με έναν συγκεκριμένο υποδοχέα του εισβάλλοντος παθογόνου και ταυτόχρονα συσσωματώνονται για να σχηματίσουν μια πολυστρωματική «μοριακή μάσκα» που μειώνει την επίδρασή του.

Κατά τη διάρκεια της έρευνάς τους, η ομάδα διαπίστωσε ότι η μοριακή μάσκα από μόνη της προλαμβάνει τις μολύνσεις. Το πιθανό πλεονέκτημα αυτής της νέας τεχνολογίας είναι η ικανότητά της να καταπολεμά διάφορα παθογόνα και μεταλλάξεις ασθενειών.

Η προστασία των ανθρώπων στα αρχικά στάδια μιας επιδημίας είναι σημαντική. Ο νέος μας μηχανισμός θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τους πρώτους ανταποκριτές της πρώτης γραμμής, το στρατιωτικό προσωπικό που αντιμετωπίζει νέα παθογόνα, τους ανθρώπους σε απομακρυσμένες, υποεξυπηρετούμενες περιοχές και τους ανθρώπους που δεν μπορούν να κάνουν εμβόλια».

Vivek Kumar, Αναπληρωτής Καθηγητής Βιοϊατρικής Μηχανικής, New Jersey Institute of Technology

Ο βραχυπρόθεσμος στόχος είναι να δημιουργηθεί ένα ρινικό σπρέι κατά των αερομεταφερόμενων λοιμώξεων.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικόΕπικοινωνία με τη φύσηΗ ομάδα περιέγραψε πώς η μάσκα συνδέεται με τον στόχο της με μη συγκεκριμένο τρόπο. Αποτελείται από υπολογιστικά σχεδιασμένα πεπτίδια (αλυσίδες αμινοξέων που σχηματίζουν πρωτεΐνες) που αυτοσυναρμολογούνται σε ινώδεις υδρογέλες νανοκλίμακας. Συγκριτικά, τα αντισώματα που παράγονται από τα εμβόλια στοχεύουν συγκεκριμένους υποδοχείς, όπως τα εμβόλια mRNA που αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια της πανδημίας, τα οποία συνδέονται με συγκεκριμένες πρωτεΐνες στην ακίδα SARS-CoV-2.

Η ανακάλυψη της ομάδας προέκυψε από έρευνα στις αρχές της πανδημίας σχετικά με νέες προσεγγίσεις για την πρόληψη της εισόδου του ιού στα κύτταρα. Ο αρχικός σχεδιασμός, ο οποίος περιελάμβανε πεπτίδια που στοχεύουν την ακίδα SARS-CoV-2, αφορούσε εξαιρετικά συγκεκριμένους τομείς. Ωστόσο, τα μη ειδικά πηκτώματα πεπτιδίων που ανέπτυξαν επίσης σχημάτισαν μια πολυστρωματική ίνα στον ιό. Η ομάδα έχει υποθέσει ότι τα αρνητικά φορτία στις ίνες αλληλεπιδρούν με διαφορετικά φορτισμένες πρωτεΐνες στην επιφάνεια του ιού, καλύπτοντάς τις και εμποδίζοντάς τις να αλληλεπιδράσουν με τα φυσικά κύτταρα.

Όσον αφορά τη μη ειδική πρωτεϊνική μάσκα, ο Kumar σημείωσε, "Σχηματίζει μεγαλύτερη δομή και δεσμεύεται καλύτερα από ένα μόνο μόριο. Αν και δεν έχει υψηλή ειδικότητα, μπορεί να αυτοσυναρμολογηθεί και να παραμείνει στον στόχο για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και να σχηματίσει μια ίνα." Αυτοκόλλητο στην επιφάνεια που λειτουργεί σαν μοριακό Velcro.»

Και πρόσθεσε: "Ο στόχος θα ήταν ένας τοπικός παράγοντας που δεσμεύεται με τον ιό. Στην περίπτωση του SARS-CoV-2, θα τον ψεκάζαμε στη μύτη, η οποία είναι ένα σημαντικό σημείο μόλυνσης, ίσως ακόμη και προληπτικά."

Η ομάδα εξέτασε αρχικά τις ίνες έναντι μιας σειράς ιών χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις υπολογιστή χρησιμοποιώντας ισχυρές κάρτες γραφικών NVIDIA, οι οποίες χρησιμοποιούνται συχνά σε ανταγωνιστικά παιχνίδια. Αργότερα πραγματοποίησαν επιτυχημένες δοκιμές ασφάλειας σε ποντίκια και αρουραίους χρησιμοποιώντας ενέσεις και ρινικά σπρέι, είπε ο Joseph Dodd-o, Ph.D. φοιτητής στο εργαστήριο του Kumar, ο οποίος διεξήγαγε μεγάλο μέρος της έρευνας για τη θεραπεία μαζί με τον Abhishek Roy, επίσης μεταπτυχιακό φοιτητή. Φοιτητής. Η θεραπεία ανέστειλε τις παραλλαγές άλφα και όμικρον του SARS-CoV-2 in vitro και διήρκεσε για μια ημέρα χωρίς να βλάψει τα ζώα στις δοκιμές in vivo.

Η Kumar έχει αναπτύξει υδρογέλες για μια σειρά από θεραπευτικές εφαρμογές. Ο μηχανισμός παροχής του είναι προσαρμόσιμος και αποτελείται από πεπτιδικούς κλώνους τύπου Lego με ένα βιοδραστικό παράγοντα στο ένα άκρο που μπορεί να επιβιώσει για εβδομάδες ή ακόμη και μήνες στο σώμα όπου άλλα βιοϋλικά διασπώνται γρήγορα. Οι αυτο-οργανωτικοί δεσμοί του είναι σχεδιασμένοι να είναι ισχυρότεροι από τις δυνάμεις διασποράς του σώματος. Σχηματίζει σταθερές ίνες, χωρίς σημάδια φλεγμονής.

Η υδρογέλη έχει σχεδιαστεί για να προκαλεί διαφορετικές βιολογικές αποκρίσεις ανάλογα με το ωφέλιμο φορτίο. Το εργαστήριο του Kumar έχει δημοσιεύσει έρευνα για εφαρμογές που κυμαίνονται από θεραπείες για την προώθηση ή την πρόληψη του σχηματισμού νέων δικτύων αιμοφόρων αγγείων έως τη μείωση της φλεγμονής και την καταπολέμηση των μικροβίων.

«Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιούμε ηλεκτρικά φορτία που αλληλεπιδρούν με το παθογόνο για να το καταστρέψουν», είπε ο Kumar. "Προσπαθούμε ακόμη να καταλάβουμε πώς αλληλεπιδρούν οι ίνες: Είναι αυτός ένας μηχανικός τρόπος δράσης; Τα ανθεκτικά στα φάρμακα παθογόνα μεταλλάσσονται γύρω από βιοχημικούς ρυθμιστές, αλλά είναι λιγότερο πιθανό να μεταλλαχθούν γύρω από ένα μηχανικό δόρυ; Κατανοώντας αυτή τη θεμελιώδη αλληλεπίδραση, αυτό θέλουμε να κάνουμε." Μάθετε πώς να το χρησιμοποιήσετε ενάντια σε διάφορες ασθένειες.

Σε νέες μελέτες, το εργαστήριο δοκιμάζει θεραπεία έναντι ανθεκτικών στα φάρμακα βακτηρίων και μυκήτων.

Τα μέλη της ομάδας φέρνουν ένα ευρύ φάσμα τεχνογνωσίας: σχεδιασμός υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις του Σικάγο. βιοαναλυτικές δεξιότητες στο Georgia Tech και Baylor School of Medicine. Σπούδασε ιολογία στο Πανεπιστήμιο Rutgers. και εμπειρία πλατφόρμας, ανάλυσης και ανάλυσης στο NJIT.

Η έρευνά της χρηματοδοτείται από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ και την Αρχή Οικονομικής Ανάπτυξης του Νιου Τζέρσεϊ.

Πηγές: