Innovatiivinen peptidipohjainen hydrogeelihoito virusten ehkäisyyn

Innovatiivinen peptidipohjainen hydrogeelihoito virusten ehkäisyyn

Rokotteet ovat edelleen kultainen standardi suojaamisessa vaarallisia taudinaiheuttajia vastaan, mutta niiden kehittäminen vaatii paljon aikaa ja valtavia resursseja. Nopeasti mutatoituvat virukset, kuten SARS-CoV-2, voivat heikentää niiden tehokkuutta ja jopa tehdä niistä tarpeettomia.

Näiden puutteiden korjaamiseksi usean yliopiston tiimi, jota johtaa Vivek Kumar New Jersey Institute of Technologysta, kehittää hydrogeelihoitoa, joka toimii ensimmäisenä puolustuslinjana viruksia ja muita biologisia uhkia vastaan. Tämän geelin muodostavat peptidit estävät viruksia, kuten COVID-19:ää aiheuttavan SARS-CoV-2:n, kiinnittymästä soluihin ja pääsemästä soluihin. Tätä varten ne sitoutuvat tunkeutuvan patogeenin tiettyyn reseptoriin ja samaan aikaan aggregoituvat muodostaen monikerroksisen "molekyylinaamion", joka vaimentaa sen vaikutusta.

Tutkimuksensa aikana ryhmä havaitsi, että molekyylinaamio yksin esti infektioita. Tämän uuden teknologian mahdollinen etu on sen kyky torjua erilaisia ​​patogeenejä ja sairausmutaatioita.

Ihmisten suojeleminen taudinpurkauksen alkuvaiheessa on tärkeää. Uusi mekanismimme voisi myös auttaa eturivin ensiapuhenkilöitä, uusia taudinaiheuttajia kohtaavia sotilaita, ihmisiä syrjäisillä, alipalveltuilla alueilla ja ihmisiä, jotka eivät voi saada rokotuksia.

Vivek Kumar, biolääketieteen tekniikan apulaisprofessori, New Jersey Institute of Technology

Lyhyen aikavälin tavoitteena on luoda nenäsumute ilmassa leviäviä infektioita vastaan.

Äskettäin lehdessä julkaistussa tutkimuksessaLuontoviestintäTiimi kuvaili, kuinka maski sitoutuu kohteeseensa epäspesifisellä tavalla. Se koostuu laskennallisesti suunnitelluista peptideistä (aminohappoketjut, jotka muodostavat proteiineja), jotka koostuvat itsestään nanomittakaavan kuitumaisiksi hydrogeeleiksi. Vertailun vuoksi, rokotteiden tuottamat vasta-aineet kohdistuvat spesifisiin reseptoreihin, kuten pandemian aikana kehitettyihin mRNA-rokotteisiin, jotka sitoutuvat tiettyihin SARS-CoV-2-piikin proteiineihin.

Ryhmän löytö syntyi pandemian varhaisessa vaiheessa tehdystä tutkimuksesta uusista lähestymistavoista, joilla estetään viruksen pääsy soluihin. Alkuperäinen suunnittelu, joka sisälsi SARS-CoV-2-piikkiin kohdistuvia peptidejä, käsitteli erittäin spesifisiä domeeneja. Kuitenkin myös epäspesifiset peptidigeelit muodostivat viruksen päälle monikerroksisen kuidun. Ryhmä on olettanut, että kuitujen negatiiviset varaukset ovat vuorovaikutuksessa eri tavalla varautuneiden proteiinien kanssa viruksen pinnalla, peittäen ne ja estäen niitä olemasta vuorovaikutuksessa natiivisolujen kanssa.

Mitä tulee epäspesifiseen proteiininaamioon, Kumar totesi: "Se muodostaa suuremman rakenteen ja sitoutuu paremmin kuin yksittäinen molekyyli. Vaikka sillä ei ole suurta spesifisyyttä, se voi koota itsestään ja pysyä kohteessa pidempään ja muodostaa kuidun." Pinnalla tarra, joka toimii kuin molekyylitarranauha."

Hän lisäsi: "Tavoitteena olisi paikallisesti käytettävä aine, joka sitoutuu virukseen. SARS-CoV-2:n tapauksessa ruiskuttaisimme sitä nenään, joka on tärkein infektiokohta, ehkä jopa profylaktisesti."

Ryhmä testasi ensin kuituja useita viruksia vastaan ​​käyttämällä tietokonesimulaatioita tehokkailla NVIDIA-näytönohjainkorteilla, joita käytetään usein kilpailevissa peleissä. Myöhemmin he suorittivat onnistuneita turvallisuustestejä hiirillä ja rotilla käyttämällä injektioita ja nenäsumutetta, sanoi Joseph Dodd-o, Ph.D. opiskelija Kumarin laboratoriossa, joka suoritti suuren osan terapiatutkimuksesta yhdessä jatko-opiskelijan Abhishek Royn kanssa. Opiskelija. Hoito esti SARS-CoV-2:n alfa- ja omikronimuunnoksia in vitro ja kesti yhden päivän vahingoittamatta eläimiä in vivo -testeissä.

Kumar on kehittänyt hydrogeelejä erilaisiin terapeuttisiin sovelluksiin. Sen kuljetusmekanismi on muokattavissa ja koostuu Legon kaltaisista peptidisäikeistä, joiden toisessa päässä on bioaktiivinen aine, joka voi selviytyä viikkoja ja jopa kuukausia kehossa, jossa muut biomateriaalit hajoavat nopeasti. Sen itseorganisoituvat sidokset on suunniteltu vahvemmiksi kuin kehon hajottavat voimat; Se muodostaa pysyviä kuituja ilman tulehduksen merkkejä.

Hydrogeeli on suunniteltu laukaisemaan erilaisia ​​biologisia vasteita kiinnitetystä hyötykuormasta riippuen. Kumarin laboratorio on julkaissut tutkimusta sovelluksista, jotka vaihtelevat uusien verisuoniverkostojen muodostumista edistävistä tai ehkäisevistä hoidoista tulehduksen vähentämiseen ja mikrobien torjuntaan.

"Tässä tapauksessa käytämme sähkövarauksia, jotka ovat vuorovaikutuksessa patogeenin kanssa tuhotaksemme sen", Kumar sanoi. "Yritämme edelleen selvittää, kuinka kuidut ovat vuorovaikutuksessa: Onko tämä mekaaninen toimintatapa? Lääkeresistentit patogeenit mutatoituvat biokemiallisten modulaattoreiden ympärillä, mutta ovatko ne vähemmän todennäköisiä mekaanisen keihään ympärillä? Ymmärtämällä tämän perustavanlaatuisen vuorovaikutuksen haluamme tehdä sen." Ota selvää, miten sitä käytetään eri sairauksiin.

Uusissa tutkimuksissa laboratorio testaa terapiaa lääkeresistenttejä bakteereja ja sieniä vastaan.

Tiimin jäsenet tuovat mukanaan monipuolista asiantuntemusta: tietokonesuunnittelua Illinois Chicagon yliopistossa; bioanalyyttiset taidot Georgia Techissä ja Baylor School of Medicineissä; opiskeli virologiaa Rutgersin yliopistossa; ja alusta-, analyysi- ja määrityskokemus NJIT:ssä.

Hänen tutkimustaan ​​rahoittavat National Institutes of Health, Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö ja New Jersey Economic Development Authority.

Lähteet: