Inovativna hidrogel terapija na bazi peptida za prevenciju virusa

Inovativna hidrogel terapija na bazi peptida za prevenciju virusa

Cjepiva su i dalje zlatni standard za zaštitu od opasnih patogena, ali njihov razvoj zahtijeva puno vremena i golema sredstva. Virusi koji brzo mutiraju kao što je SARS-CoV-2 mogu oslabiti njihovu učinkovitost i čak ih učiniti nepotrebnima.

Kako bi riješio te nedostatke, višesveučilišni tim predvođen Vivekom Kumarom s Instituta za tehnologiju u New Jerseyju razvija hidrogel terapiju koja djeluje kao prva linija obrane protiv virusa i drugih bioloških prijetnji. Peptidi koji čine ovaj gel sprječavaju viruse kao što je SARS-CoV-2, koji uzrokuje COVID-19, da se vežu za stanice i uđu u njih. Da bi to učinili, vežu se za specifične receptore invazionog patogena i istovremeno se agregiraju kako bi formirali višeslojnu "molekularnu masku" koja prigušuje njegov učinak.

Tijekom istraživanja tim je otkrio da sama molekularna maska ​​sprječava infekcije. Potencijalna prednost ove nove tehnologije je njezina sposobnost borbe protiv raznih patogena i mutacija bolesti.

Zaštita ljudi u ranim fazama izbijanja je važna. Naš novi mehanizam također bi mogao pomoći onima koji prvi reagiraju na prvoj liniji, vojnom osoblju koje se susreće s novim patogenima, ljudima u udaljenim područjima s nedovoljno usluga i ljudima koji se ne mogu cijepiti.”

Vivek Kumar, izvanredni profesor biomedicinskog inženjerstva, Tehnološki institut New Jersey

Kratkoročni cilj je stvoriti sprej za nos protiv infekcija koje se prenose zrakom.

U studiji nedavno objavljenoj u časopisuKomunikacija s prirodomTim je opisao kako se maska ​​veže za svoju metu na nespecifičan način. Sastoji se od računalno dizajniranih peptida (lanci aminokiselina koji tvore proteine) koji se sami okupljaju u vlaknaste hidrogelove na nanomjernoj razini. Za usporedbu, protutijela proizvedena cjepivima ciljaju specifične receptore, poput mRNA cjepiva razvijenih tijekom pandemije, koja se vežu na specifične proteine ​​na SARS-CoV-2 šiljku.

Otkriće tima proizašlo je iz istraživanja na početku pandemije o novim pristupima za sprječavanje ulaska virusa u stanice. Početni dizajn, koji je uključivao peptide usmjerene na šiljak SARS-CoV-2, bavio se vrlo specifičnim domenama. Međutim, nespecifični peptidni gelovi koje su također razvili formirali su višeslojno vlakno na virusu. Grupa je pretpostavila da negativni naboji u vlaknima stupaju u interakciju s različito nabijenim proteinima na površini virusa, prikrivajući ih i sprječavajući njihovu interakciju s izvornim stanicama.

Što se tiče nespecifične proteinske maske, Kumar je primijetio: "Ona stvara veću strukturu i veže se bolje od jedne molekule. Iako nema visoku specifičnost, može se sama sastaviti i ostati na meti dulje vrijeme te formirati vlakno." Naljepnica na površini koja se ponaša kao molekularni čičak.”

Dodao je: "Cilj bi bio topikalni agens koji se veže na virus. U slučaju SARS-CoV-2, raspršili bismo ga u nos, koji je glavno mjesto infekcije, možda čak i profilaktički."

Tim je najprije testirao vlakna protiv niza virusa koristeći računalne simulacije koristeći moćne NVIDIA grafičke kartice, koje se često koriste u natjecateljskim igrama. Kasnije su proveli uspješne sigurnosne testove na miševima i štakorima koristeći injekcije i sprejeve za nos, rekao je Joseph Dodd-o, doktor znanosti. student u Kumarovom laboratoriju, koji je proveo velik dio istraživanja o terapiji zajedno s Abhishek Royem, također studentom. Student. Terapija je inhibirala alfa i omikron varijante SARS-CoV-2 in vitro i trajala je jedan dan bez oštećenja životinja u in vivo testovima.

Kumar je razvio hidrogelove za niz terapeutskih primjena. Njegov mehanizam isporuke je prilagodljiv i sastoji se od peptidnih niti sličnih Lego kockama s bioaktivnim sredstvom na jednom kraju koje može preživjeti tjednima, pa čak i mjesecima u tijelu gdje se drugi biomaterijali brzo razgrađuju. Njegove samoorganizirajuće veze dizajnirane su da budu jače od disperzivnih sila tijela; Formira stabilna vlakna, bez znakova upale.

Hidrogel je dizajniran da pokrene različite biološke reakcije ovisno o priloženom teretu. Kumarov laboratorij objavio je istraživanja o primjenama u rasponu od terapija za promicanje ili sprječavanje stvaranja novih mreža krvnih žila do smanjenja upale i borbe protiv mikroba.

"U ovom slučaju koristimo električne naboje koji stupaju u interakciju s patogenom kako bismo ga uništili", rekao je Kumar. "Još uvijek pokušavamo otkriti kako vlakna međusobno djeluju: je li ovo mehanički način djelovanja? Patogeni otporni na lijekove mutiraju oko biokemijskih modulatora, ali je li manje vjerojatno da će mutirati oko mehaničkog koplja? Razumijevanjem ove temeljne interakcije, to je ono što želimo učiniti." Saznajte kako ga koristiti protiv raznih bolesti.

U novim studijama, laboratorij testira terapiju protiv bakterija i gljivica otpornih na lijekove.

Članovi tima donose raznolik raspon stručnosti: računalni dizajn na Sveučilištu Illinois Chicago; bioanalitičke vještine na Georgia Tech i Baylor School of Medicine; studirao virologiju na Sveučilištu Rutgers; i iskustvo u platformi, analizi i ispitivanju na NJIT-u.

Njezino istraživanje financiraju Nacionalni instituti za zdravlje, Nacionalna znanstvena zaklada SAD-a i Uprava za ekonomski razvoj New Jerseyja.

Izvori: