Thérapie hydrogel innovante à base de peptides pour la prévention des virus

Thérapie hydrogel innovante à base de peptides pour la prévention des virus

Les vaccins restent la référence en matière de protection contre les agents pathogènes dangereux, mais leur développement nécessite beaucoup de temps et d’énormes ressources. Les virus à mutation rapide tels que le SRAS-CoV-2 peuvent affaiblir leur efficacité, voire les rendre inutiles.

Pour combler ces lacunes, une équipe multi-universitaire dirigée par Vivek Kumar du New Jersey Institute of Technology développe une thérapie hydrogel qui agit comme première ligne de défense contre les virus et autres menaces biologiques. Les peptides qui composent ce gel empêchent les virus tels que le SRAS-CoV-2, responsable du COVID-19, de se fixer et de pénétrer dans les cellules. Pour ce faire, ils se lient à un récepteur spécifique de l’agent pathogène envahisseur et s’agrègent en même temps pour former un « masque moléculaire » multicouche qui atténue son effet.

Au cours de leurs recherches, l’équipe a découvert que le masque moléculaire, à lui seul, prévenait les infections. L’avantage potentiel de cette nouvelle technologie réside dans sa capacité à combattre divers agents pathogènes et mutations de maladies.

Il est important de protéger les personnes dès les premiers stades d’une épidémie. Notre nouveau mécanisme pourrait également aider les premiers intervenants de première ligne, le personnel militaire confronté à de nouveaux agents pathogènes, les personnes vivant dans des zones reculées et mal desservies et les personnes incapables de se faire vacciner.

Vivek Kumar, professeur agrégé de génie biomédical, New Jersey Institute of Technology

L’objectif à court terme est de créer un spray nasal contre les infections aéroportées.

Dans une étude récemment publiée dans la revueCommunication naturelleL’équipe a décrit comment le masque se lie à sa cible de manière non spécifique. Il se compose de peptides conçus par ordinateur (chaînes d’acides aminés qui forment des protéines) qui s’auto-assemblent en hydrogels fibreux à l’échelle nanométrique. En comparaison, les anticorps produits par les vaccins ciblent des récepteurs spécifiques, comme les vaccins à ARNm développés pendant la pandémie, qui se lient à des protéines spécifiques du pic du SRAS-CoV-2.

La découverte de l’équipe est née de recherches menées au début de la pandémie sur de nouvelles approches pour empêcher le virus de pénétrer dans les cellules. La conception initiale, qui comprenait des peptides ciblant la pointe du SRAS-CoV-2, abordait des domaines hautement spécifiques. Cependant, les gels peptidiques non spécifiques qu’ils ont également développés ont formé une fibre multicouche sur le virus. Le groupe a postulé que les charges négatives dans les fibres interagissent avec des protéines chargées différemment à la surface du virus, les masquant et les empêchant d’interagir avec les cellules natives.

Concernant le masque protéique non spécifique, Kumar a noté : « Il forme une structure plus grande et se lie mieux qu’une seule molécule. Bien qu’il n’ait pas une spécificité élevée, il peut s’auto-assembler et rester sur la cible plus longtemps et former une fibre. » Autocollant sur la surface qui agit comme du velcro moléculaire.

Il a ajouté : "L'objectif serait un agent topique qui se lie au virus. Dans le cas du SRAS-CoV-2, nous le pulvériserions dans le nez, qui est un site majeur d'infection, peut-être même à titre prophylactique."

L'équipe a d'abord testé les fibres contre une gamme de virus à l'aide de simulations informatiques utilisant de puissantes cartes graphiques NVIDIA, souvent utilisées dans les jeux compétitifs. Ils ont ensuite mené avec succès des tests de sécurité sur des souris et des rats en utilisant des injections et des sprays nasaux, a déclaré Joseph Dodd-o, titulaire d'un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Kumar, qui a mené une grande partie des recherches sur la thérapie avec Abhishek Roy, également étudiant diplômé. Étudiant. La thérapie a inhibé les variantes alpha et omicrons du SRAS-CoV-2 in vitro et a duré une journée sans nuire aux animaux lors des tests in vivo.

Kumar a développé des hydrogels pour une gamme d'applications thérapeutiques. Son mécanisme de distribution est personnalisable et se compose de brins peptidiques de type Lego avec un agent bioactif à une extrémité qui peut survivre pendant des semaines, voire des mois, dans le corps où d'autres biomatériaux sont rapidement dégradés. Ses liens auto-organisés sont conçus pour être plus forts que les forces de dispersion du corps ; Il forme des fibres stables, sans signes d'inflammation.

L'hydrogel est conçu pour déclencher différentes réponses biologiques en fonction de la charge utile attachée. Le laboratoire de Kumar a publié des recherches sur des applications allant des thérapies visant à favoriser ou à prévenir la formation de nouveaux réseaux de vaisseaux sanguins à la réduction de l'inflammation et à la lutte contre les microbes.

"Dans ce cas, nous utilisons des charges électriques qui interagissent avec l'agent pathogène pour le détruire", a déclaré Kumar. "Nous essayons toujours de comprendre comment les fibres interagissent : s'agit-il d'un mode d'action mécanique ? Les agents pathogènes résistants aux médicaments mutent autour de modulateurs biochimiques, mais sont-ils moins susceptibles de muter autour d'une lance mécanique ? En comprenant cette interaction fondamentale, c'est ce que nous voulons faire." Découvrez comment l'utiliser contre diverses maladies.

Dans le cadre de nouvelles études, le laboratoire teste une thérapie contre les bactéries et les champignons résistants aux médicaments.

Les membres de l'équipe apportent une expertise diversifiée : conception informatique à l'Université de l'Illinois à Chicago ; compétences bioanalytiques à Georgia Tech et Baylor School of Medicine ; a étudié la virologie à l'Université Rutgers ; et expérience en matière de plate-forme, d'analyse et d'essai au NJIT.

Ses recherches sont financées par les National Institutes of Health, la National Science Foundation des États-Unis et la New Jersey Economic Development Authority.

Sources :