Uuenduslik peptiidipõhine hüdrogeelteraapia viiruste ennetamiseks

Uuenduslik peptiidipõhine hüdrogeelteraapia viiruste ennetamiseks

Vaktsiinid jäävad ohtlike patogeenide vastase kaitse kuldstandardiks, kuid nende väljatöötamine nõuab palju aega ja tohutuid ressursse. Kiiresti muteeruvad viirused, nagu SARS-CoV-2, võivad nende tõhusust nõrgendada ja isegi mittevajalikuks muuta.

Nende lünkade kõrvaldamiseks töötab mitmest ülikoolist koosnev meeskond, mida juhib Vivek Kumar New Jersey Tehnoloogiainstituudist, hüdrogeelteraapiat, mis toimib esimese kaitseliinina viiruste ja muude bioloogiliste ohtude vastu. Selle geeli moodustavad peptiidid takistavad viirustel, nagu COVID-19 põhjustav SARS-CoV-2, rakkudele kinnitumist ja nende sisenemist. Selleks seostuvad nad sissetungiva patogeeni spetsiifilise retseptoriga ja agregeeruvad samal ajal, moodustades mitmekihilise “molekulaarse maski”, mis summutab selle toimet.

Uurimistöö käigus avastas meeskond, et ainult molekulaarmask takistas nakkusi. Selle uue tehnoloogia potentsiaalne eelis on selle võime võidelda erinevate patogeenide ja haiguste mutatsioonidega.

Inimeste kaitsmine haiguspuhangu algfaasis on oluline. Meie uus mehhanism võiks aidata ka esmareageerijaid, sõjaväelasi, kes puutuvad kokku uudsete patogeenidega, inimesi kaugetes, väheteenindatud piirkondades ja inimesi, kes ei saa vaktsineerida.

Vivek Kumar, New Jersey Tehnoloogiainstituudi biomeditsiinitehnika dotsent

Lühiajaline eesmärk on luua ninasprei õhu kaudu levivate infektsioonide vastu.

Hiljuti ajakirjas avaldatud uuringusLoodussuhtlusMeeskond kirjeldas, kuidas mask seostub sihtmärgiga mittespetsiifilisel viisil. See koosneb arvutuslikult loodud peptiididest (aminohappeahelad, mis moodustavad valke), mis koonduvad ise nanomõõtmelisteks kiulisteks hüdrogeelideks. Võrdluseks, vaktsiinide toodetud antikehad on suunatud spetsiifilistele retseptoritele, nagu pandeemia ajal välja töötatud mRNA vaktsiinid, mis seonduvad spetsiifiliste valkudega SARS-CoV-2 tipul.

Meeskonna avastus tulenes pandeemia varajases staadiumis tehtud uuringutest uute lähenemisviiside kohta viiruse rakkudesse sisenemise vältimiseks. Esialgne disain, mis sisaldas peptiide, mis olid suunatud SARS-CoV-2 piigile, käsitles väga spetsiifilisi domeene. Kuid ka nende väljatöötatud mittespetsiifilised peptiidgeelid moodustasid viirusele mitmekihilise kiu. Rühm on oletanud, et kiudude negatiivsed laengud interakteeruvad erinevalt laetud valkudega viiruse pinnal, varjates neid ja takistades neil suhelda natiivsete rakkudega.

Mittespetsiifilise valgumaski kohta märkis Kumar: "See moodustab suurema struktuuri ja seondub paremini kui üksik molekul. Kuigi sellel pole kõrget spetsiifilisust, suudab see ise kokku panna ja püsida sihtmärgil pikemat aega ning moodustada kiudu." Kleebis pinnal, mis toimib nagu molekulaarne Velcro.

Ta lisas: "Eesmärk oleks paikselt kasutatav aine, mis seostub viirusega. SARS-CoV-2 puhul pihustaksime seda ninna, mis on peamine nakkuskoht, võib-olla isegi profülaktiliselt."

Meeskond testis esmalt kiude mitmesuguste viiruste vastu, kasutades arvutisimulatsioone, kasutades võimsaid NVIDIA graafikakaarte, mida sageli kasutatakse võistlusmängudes. Hiljem viisid nad läbi edukad ohutustestid hiirte ja rottide peal, kasutades süstide ja ninasprei, ütles Ph.D. Joseph Dodd-o. Üliõpilane Kumari laboris, kes viis läbi suure osa teraapia uuringutest koos Abhishek Royga, kes on samuti magistrant. Üliõpilane. Ravi pärssis SARS-CoV-2 alfa- ja omikronivariante in vitro ja kestis terve päeva, ilma et see in vivo katsetes loomi kahjustaks.

Kumar on välja töötanud hüdrogeelid mitmesuguste terapeutiliste rakenduste jaoks. Selle kohaletoimetamismehhanism on kohandatav ja koosneb Lego-laadsetest peptiidkiududest, mille ühes otsas on bioaktiivne aine, mis võib kehas püsida nädalaid ja isegi kuid, kus muud biomaterjalid kiiresti lagunevad. Selle iseorganiseeruvad sidemed on loodud olema tugevamad kui keha hajutavad jõud; See moodustab stabiilsed kiud, ilma põletikunähtudeta.

Hüdrogeel on loodud erinevate bioloogiliste reaktsioonide käivitamiseks sõltuvalt kinnitatud kasulikust koormusest. Kumari labor on avaldanud uuringuid rakenduste kohta, alates teraapiatest, mis soodustavad või takistavad uute veresoonte võrkude moodustumist kuni põletiku vähendamise ja mikroobide vastu võitlemiseni.

"Sel juhul kasutame selle hävitamiseks elektrilaenguid, mis interakteeruvad patogeeniga," ütles Kumar. "Püüame ikka veel aru saada, kuidas kiud interakteeruvad: kas see on mehaaniline toimeviis? Ravimiresistentsed patogeenid muteeruvad biokeemiliste modulaatorite ümber, kuid kas nad on vähem tõenäolised mehaanilise oda ümber? Mõistes seda fundamentaalset koostoimet, tahame seda teha." Uurige, kuidas seda kasutada erinevate haiguste vastu.

Uutes uuringutes katsetab labor ravimiresistentsete bakterite ja seente vastast ravi.

Meeskonnaliikmed toovad kaasa mitmekülgse kogemuse: arvutidisaini Illinoisi ülikoolis Chicagos; bioanalüütilised oskused Georgia Techis ja Baylor School of Medicine'is; õppis Rutgersi ülikoolis viroloogiat; ja platvormi, analüüsi ja analüüsi kogemus NJITis.

Tema uurimistööd rahastavad riiklikud terviseinstituudid, USA riiklik teadusfond ja New Jersey majandusarengu amet.

Allikad: