Innovadora terapia de hidrogel basada en péptidos para la prevención de virus

Innovadora terapia de hidrogel basada en péptidos para la prevención de virus

Las vacunas siguen siendo el estándar de oro para la protección contra patógenos peligrosos, pero su desarrollo requiere mucho tiempo y enormes recursos. Los virus que mutan rápidamente, como el SARS-CoV-2, pueden debilitar su eficacia e incluso hacerlos innecesarios.

Para abordar estas brechas, un equipo multiuniversitario dirigido por Vivek Kumar del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey está desarrollando una terapia de hidrogel que actúa como una primera línea de defensa contra virus y otras amenazas biológicas. Los péptidos que componen este gel evitan que virus como el SARS-CoV-2, que causa el COVID-19, se adhieran a las células y entren en ellas. Para ello, se unen a un receptor específico del patógeno invasor y al mismo tiempo se agregan para formar una “máscara molecular” de múltiples capas que amortigua su efecto.

En el transcurso de su investigación, el equipo descubrió que la máscara molecular por sí sola prevenía las infecciones. La ventaja potencial de esta nueva tecnología es su capacidad para combatir diversos patógenos y mutaciones de enfermedades.

Es importante proteger a las personas en las primeras etapas de un brote. Nuestro nuevo mecanismo también podría ayudar a los socorristas de primera línea, al personal militar que se encuentre con nuevos patógenos, a las personas en áreas remotas y desatendidas y a las personas que no pueden recibir vacunas”.

Vivek Kumar, profesor asociado de ingeniería biomédica, Instituto de Tecnología de Nueva Jersey

El objetivo a corto plazo es crear un spray nasal contra las infecciones transmitidas por el aire.

En un estudio publicado recientemente en la revistacomunicación de la naturalezaEl equipo describió cómo la máscara se une a su objetivo de forma no específica. Consiste en péptidos (cadenas de aminoácidos que forman proteínas) diseñados computacionalmente que se autoensamblan en hidrogeles fibrosos a nanoescala. En comparación, los anticuerpos producidos por las vacunas se dirigen a receptores específicos, como las vacunas de ARNm desarrolladas durante la pandemia, que se unen a proteínas específicas en el pico del SARS-CoV-2.

El descubrimiento del equipo surgió de una investigación al comienzo de la pandemia sobre nuevos enfoques para evitar que el virus ingrese a las células. El diseño inicial, que incluía péptidos dirigidos al pico de SARS-CoV-2, abordó dominios muy específicos. Sin embargo, los geles peptídicos no específicos que también desarrollaron formaron una fibra multicapa sobre el virus. El grupo ha postulado que las cargas negativas de las fibras interactúan con proteínas con cargas diferentes en la superficie del virus, enmascarándolas e impidiendo que interactúen con las células nativas.

Con respecto a la máscara de proteína no específica, Kumar señaló: "Forma una estructura más grande y se une mejor que una sola molécula. Aunque no tiene una alta especificidad, puede autoensamblarse y permanecer en el objetivo durante más tiempo y formar una fibra". Adhesivo en la superficie que actúa como velcro molecular”.

Y añadió: "El objetivo sería un agente tópico que se una al virus. En el caso del SARS-CoV-2, lo rociaríamos en la nariz, que es un sitio importante de infección, tal vez incluso de forma profiláctica".

El equipo primero probó las fibras contra una variedad de virus mediante simulaciones por computadora utilizando potentes tarjetas gráficas NVIDIA, que a menudo se usan en juegos competitivos. Posteriormente realizaron pruebas de seguridad exitosas en ratones y ratas utilizando inyecciones y aerosoles nasales, dijo Joseph Dodd-o, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Kumar, quien realizó gran parte de la investigación sobre la terapia junto con Abhishek Roy, también estudiante de posgrado. Alumno. La terapia inhibió las variantes alfa y ómicrón del SARS-CoV-2 in vitro y duró un día sin dañar a los animales en las pruebas in vivo.

Kumar ha desarrollado hidrogeles para una variedad de aplicaciones terapéuticas. Su mecanismo de administración es personalizable y consta de hebras peptídicas similares a Lego con un agente bioactivo en un extremo que puede sobrevivir durante semanas e incluso meses en el cuerpo, donde otros biomateriales se descomponen rápidamente. Sus vínculos autoorganizativos están diseñados para ser más fuertes que las fuerzas dispersivas del cuerpo; Forma fibras estables, sin signos de inflamación.

El hidrogel está diseñado para desencadenar diferentes respuestas biológicas según la carga útil adjunta. El laboratorio de Kumar ha publicado investigaciones sobre aplicaciones que van desde terapias para promover o prevenir la formación de nuevas redes de vasos sanguíneos hasta reducir la inflamación y combatir los microbios.

"En este caso, utilizamos cargas eléctricas que interactúan con el patógeno para destruirlo", dijo Kumar. "Todavía estamos tratando de descubrir cómo interactúan las fibras: ¿es este un modo de acción mecánico? Los patógenos resistentes a los medicamentos mutan alrededor de moduladores bioquímicos, pero ¿es menos probable que muten alrededor de una lanza mecánica? Al comprender esta interacción fundamental, eso es lo que queremos hacer". Descubra cómo utilizarlo contra diversas enfermedades.

En nuevos estudios, el laboratorio está probando terapias contra bacterias y hongos resistentes a los medicamentos.

Los miembros del equipo aportan una amplia gama de conocimientos: diseño informático en la Universidad de Illinois en Chicago; habilidades bioanalíticas en Georgia Tech y Baylor School of Medicine; estudió virología en la Universidad de Rutgers; y experiencia en plataformas, análisis y ensayos en NJIT.

Su investigación está financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y la Autoridad de Desarrollo Económico de Nueva Jersey.

Fuentes: