Innovatív peptid alapú hidrogél terápia a vírusok megelőzésére

Innovatív peptid alapú hidrogél terápia a vírusok megelőzésére

A veszélyes kórokozók elleni védelem arany standardja továbbra is a vakcinák, de kifejlesztésük sok időt és hatalmas erőforrásokat igényel. A gyorsan mutáló vírusok, például a SARS-CoV-2 gyengíthetik hatékonyságukat, sőt szükségtelenné is tehetik őket.

E hiányosságok orvoslására a Vivek Kumar, a New Jersey Institute of Technology vezette több egyetemen dolgozó csapat olyan hidrogélterápiát fejleszt ki, amely első védelmi vonalként működik a vírusok és más biológiai fenyegetések ellen. A gélt alkotó peptidek megakadályozzák a vírusok, például a COVID-19-et okozó SARS-CoV-2 sejtekhez való kötődését és bejutását. Ennek érdekében a behatoló kórokozó egy specifikus receptorához kötődnek, és ezzel egyidejűleg aggregálva többrétegű „molekuláris maszkot” alkotnak, amely tompítja annak hatását.

Kutatásuk során a csapat megállapította, hogy a molekuláris maszk önmagában akadályozza meg a fertőzéseket. Ennek az új technológiának az a potenciális előnye, hogy képes leküzdeni a különböző kórokozókat és betegségek mutációit.

Fontos az emberek védelme a járvány korai szakaszában. Az új mechanizmusunk segíthet az elsősegélynyújtóknak, az új kórokozókkal találkozó katonáknak, a távoli, rosszul ellátott területeken élőknek és az oltásokban nem részesülő embereknek is.”

Vivek Kumar, orvosbiológiai mérnöki docens, New Jersey Institute of Technology

A rövid távú cél egy orrspray létrehozása a levegőben terjedő fertőzések ellen.

A folyóiratban nemrég megjelent tanulmánybanA természet kommunikációjaA csapat leírta, hogy a maszk hogyan kötődik a célponthoz nem specifikus módon. Számításilag megtervezett peptidekből (fehérjéket alkotó aminosavláncokból) áll, amelyek maguktól nanoméretű rostos hidrogélekké állnak össze. Összehasonlításképpen, a vakcinák által termelt antitestek specifikus receptorokat céloznak meg, például a világjárvány során kifejlesztett mRNS-vakcinákat, amelyek a SARS-CoV-2 tüskéjén lévő specifikus fehérjékhez kötődnek.

A csapat felfedezése a járvány korai szakaszában végzett kutatások eredményeként született meg, amelyek új megközelítéseket vizsgáltak a vírus sejtekbe jutásának megakadályozására. A kezdeti terv, amely a SARS-CoV-2 tüskét célzó peptideket tartalmazott, nagyon specifikus doménekre vonatkozott. Az általuk kifejlesztett nem specifikus peptidgélek azonban többrétegű rostot képeztek a víruson. A csoport azt feltételezte, hogy a rostokban lévő negatív töltések kölcsönhatásba lépnek a vírus felszínén lévő eltérő töltésű fehérjékkel, elfedve azokat, és megakadályozva, hogy kölcsönhatásba lépjenek a natív sejtekkel.

A nem specifikus fehérjemaszkkal kapcsolatban Kumar megjegyezte: "Nagyobb szerkezetet alkot, és jobban kötődik, mint egyetlen molekula. Bár nem rendelkezik nagy specifitással, képes önszerveződni és hosszabb ideig a célponton maradni, és rostot alkotni." Matrica a felületen, amely molekuláris tépőzárként működik.”

Hozzátette: "A cél egy lokális szer lenne, amely megköti a vírust. A SARS-CoV-2 esetében az orrba permeteznénk, ami a fertőzés fő helye, talán még profilaktikusan is."

A csapat először számítógépes szimulációkkal tesztelte a szálakat számos vírus ellen, erős NVIDIA grafikus kártyákat használva, amelyeket gyakran használnak a versenyjátékokban. Később sikeres biztonsági teszteket végeztek egereken és patkányokon injekciók és orrspray segítségével – mondta Joseph Dodd-o, Ph.D. Kumar laboratóriumának hallgatója, aki a terápiával kapcsolatos kutatások nagy részét Abhishek Roy-jal, szintén végzős hallgatóval együtt végezte. Diák. A terápia in vitro gátolta a SARS-CoV-2 alfa és omikron variánsait, és egy napig tartott anélkül, hogy az in vivo tesztekben károsította volna az állatokat.

A Kumar hidrogéleket fejlesztett ki számos terápiás alkalmazáshoz. Szállítási mechanizmusa testre szabható, és Lego-szerű peptidszálakból áll, amelyek egyik végén bioaktív anyag található, amely hetekig, sőt hónapokig is életben marad a szervezetben, ahol a többi bioanyag gyorsan lebomlik. Önszerveződő kötéseit úgy tervezték, hogy erősebbek legyenek, mint a test szétszóródó erői; Stabil rostokat képez, gyulladás jelei nélkül.

A hidrogélt úgy tervezték, hogy a hozzákapcsolt hasznos tehertől függően különböző biológiai válaszokat váltson ki. Kumar laboratóriuma kutatásokat publikált az új érhálózatok kialakulását elősegítő vagy megakadályozó terápiáktól a gyulladás csökkentéséig és a mikrobák elleni küzdelemig.

"Ebben az esetben elektromos töltéseket használunk, amelyek kölcsönhatásba lépnek a kórokozóval annak elpusztítására" - mondta Kumar. "Még mindig próbáljuk kideríteni, hogyan hatnak egymásra a rostok: ez egy mechanikus hatásmód? A gyógyszerrezisztens kórokozók a biokémiai modulátorok körül mutálnak, de kevésbé valószínű, hogy egy mechanikus lándzsa körül? Ennek az alapvető kölcsönhatásnak a megértésével ezt akarjuk tenni." Ismerje meg, hogyan használható különféle betegségek ellen.

Új vizsgálatokban a laboratórium a gyógyszerrezisztens baktériumok és gombák elleni terápiát teszteli.

A csapat tagjai sokrétű szaktudással rendelkeznek: számítógépes tervezés az Illinois Chicago Egyetemen; bioanalitikai ismeretek a Georgia Tech és a Baylor School of Medicine-nél; virológiát tanult a Rutgers Egyetemen; és platform, elemzési és vizsgálati tapasztalat az NJIT-nél.

Kutatásait a National Institutes of Health, az US National Science Foundation és a New Jersey Economic Development Authority finanszírozza.

Források: