Terapia innovativa con idrogel a base di peptidi per la prevenzione dei virus

Terapia innovativa con idrogel a base di peptidi per la prevenzione dei virus

I vaccini rimangono il gold standard per la protezione contro gli agenti patogeni pericolosi, ma il loro sviluppo richiede molto tempo e enormi risorse. Virus in rapida mutazione come SARS-CoV-2 possono indebolirne l’efficacia e addirittura renderli inutili.

Per colmare queste lacune, un team multiuniversitario guidato da Vivek Kumar del New Jersey Institute of Technology sta sviluppando una terapia con idrogel che funge da prima linea di difesa contro virus e altre minacce biologiche. I peptidi che compongono questo gel impediscono a virus come SARS-CoV-2, che causa COVID-19, di attaccarsi e di entrare nelle cellule. Per fare ciò, si legano a un recettore specifico dell’agente patogeno invasore e allo stesso tempo si aggregano per formare una “maschera molecolare” multistrato che ne attenua l’effetto.

Nel corso della ricerca, il team ha scoperto che la maschera molecolare da sola previene le infezioni. Il potenziale vantaggio di questa nuova tecnologia è la sua capacità di combattere vari agenti patogeni e mutazioni di malattie.

Proteggere le persone nelle prime fasi di un’epidemia è importante. Il nostro nuovo meccanismo potrebbe anche aiutare i primi soccorritori in prima linea, il personale militare che incontra nuovi agenti patogeni, le persone in aree remote e sottoservite e le persone che non possono ricevere vaccinazioni”.

Vivek Kumar, Professore associato di ingegneria biomedica, New Jersey Institute of Technology

L’obiettivo a breve termine è creare uno spray nasale contro le infezioni trasmesse per via aerea.

In uno studio recentemente pubblicato sulla rivistaComunicazione della naturaIl team ha descritto come la maschera si lega al suo bersaglio in modo non specifico. È costituito da peptidi progettati computazionalmente (catene di aminoacidi che formano proteine) che si autoassemblano in idrogel fibrosi su scala nanometrica. In confronto, gli anticorpi prodotti dai vaccini prendono di mira recettori specifici, come i vaccini mRNA sviluppati durante la pandemia, che si legano a proteine ​​specifiche sul picco SARS-CoV-2.

La scoperta del team è nata dalla ricerca all’inizio della pandemia su nuovi approcci per impedire al virus di entrare nelle cellule. Il progetto iniziale, che includeva peptidi mirati al picco SARS-CoV-2, si rivolgeva a domini altamente specifici. Tuttavia, anche i gel peptidici non specifici sviluppati formavano una fibra multistrato sul virus. Il gruppo ha ipotizzato che le cariche negative nelle fibre interagiscano con proteine ​​diversamente caricate sulla superficie del virus, mascherandole e impedendo loro di interagire con le cellule native.

Per quanto riguarda la maschera proteica non specifica, Kumar ha osservato: "Forma una struttura più grande e si lega meglio di una singola molecola. Sebbene non abbia un'elevata specificità, può autoassemblarsi e rimanere sul bersaglio per un tempo più lungo e formare una fibra". Adesivo sulla superficie che agisce come un velcro molecolare.”

Ha aggiunto: "L'obiettivo sarebbe un agente topico che si leghi al virus. Nel caso della SARS-CoV-2, lo spruzzeremmo nel naso, che è un importante sito di infezione, forse anche a scopo profilattico".

Il team ha prima testato le fibre contro una serie di virus utilizzando simulazioni al computer utilizzando potenti schede grafiche NVIDIA, che vengono spesso utilizzate nei giochi competitivi. Successivamente hanno condotto con successo test di sicurezza su topi e ratti utilizzando iniezioni e spray nasali, ha affermato Joseph Dodd-o, un Ph.D. studente del laboratorio di Kumar, che ha condotto gran parte della ricerca sulla terapia insieme ad Abhishek Roy, anche lui studente laureato. Studente. La terapia ha inibito le varianti alfa e omicron del SARS-CoV-2 in vitro ed è durata un giorno senza danneggiare gli animali nei test in vivo.

Kumar ha sviluppato idrogel per una gamma di applicazioni terapeutiche. Il suo meccanismo di rilascio è personalizzabile ed è costituito da filamenti peptidici simili ai Lego con un agente bioattivo a un'estremità che può sopravvivere per settimane e persino mesi nel corpo dove altri biomateriali vengono rapidamente scomposti. I suoi legami auto-organizzanti sono progettati per essere più forti delle forze dispersive del corpo; Forma fibre stabili, senza segni di infiammazione.

L'idrogel è progettato per innescare diverse risposte biologiche a seconda del carico utile attaccato. Il laboratorio di Kumar ha pubblicato ricerche su applicazioni che vanno dalle terapie per promuovere o prevenire la formazione di nuove reti di vasi sanguigni alla riduzione dell'infiammazione e alla lotta ai microbi.

"In questo caso, utilizziamo cariche elettriche che interagiscono con l'agente patogeno per distruggerlo", ha detto Kumar. "Stiamo ancora cercando di capire come interagiscono le fibre: è una modalità d'azione meccanica? I patogeni resistenti ai farmaci mutano attorno ai modulatori biochimici, ma è meno probabile che mutino attorno a una lancia meccanica? Comprendendo questa interazione fondamentale, questo è ciò che vogliamo fare." Scopri come usarlo contro varie malattie.

In nuovi studi, il laboratorio sta testando la terapia contro batteri e funghi resistenti ai farmaci.

I membri del team apportano una vasta gamma di competenze: progettazione informatica presso l'Università dell'Illinois a Chicago; competenze bioanalitiche presso la Georgia Tech e la Baylor School of Medicine; ha studiato virologia alla Rutgers University; ed esperienza su piattaforma, analisi e test presso NJIT.

La sua ricerca è finanziata dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e dall'Autorità per lo sviluppo economico del New Jersey.

Fonti: