Inovatīva hidrogēla terapija uz peptīdu bāzes vīrusu profilaksei

Inovatīva hidrogēla terapija uz peptīdu bāzes vīrusu profilaksei

Vakcīnas joprojām ir zelta standarts aizsardzībai pret bīstamiem patogēniem, taču to izstrāde prasa daudz laika un milzīgus resursus. Ātri mutējoši vīrusi, piemēram, SARS-CoV-2, var vājināt to efektivitāti un pat padarīt tos nevajadzīgus.

Lai novērstu šīs nepilnības, vairāku universitāšu komanda, kuru vada Vivek Kumar no Ņūdžersijas Tehnoloģiju institūta, izstrādā hidrogēla terapiju, kas darbojas kā pirmā aizsardzības līnija pret vīrusiem un citiem bioloģiskiem draudiem. Peptīdi, kas veido šo želeju, neļauj vīrusiem, piemēram, SARS-CoV-2, kas izraisa COVID-19, pievienoties šūnām un iekļūt šūnās. Lai to paveiktu, tie saistās ar specifisku iebrūkošā patogēna receptoru un tajā pašā laikā agregējas, veidojot daudzslāņu “molekulāro masku”, kas mazina tā iedarbību.

Pētījuma gaitā komanda atklāja, ka tikai molekulārā maska ​​novērsa infekcijas. Šīs jaunās tehnoloģijas iespējamā priekšrocība ir tās spēja apkarot dažādus patogēnus un slimību mutācijas.

Ir svarīgi aizsargāt cilvēkus slimības uzliesmojuma sākumposmā. Mūsu jaunais mehānisms varētu palīdzēt arī pirmās palīdzības sniedzējiem, militārpersonām, kas saskaras ar jauniem patogēniem, cilvēkiem attālos, nepietiekami apkalpotos apgabalos un cilvēkiem, kuri nevar saņemt vakcināciju.

Viveks Kumars, Ņūdžersijas Tehnoloģiju institūta biomedicīnas inženierijas asociētais profesors

Īstermiņa mērķis ir izveidot deguna aerosolu pret gaisa infekcijām.

Pētījumā, kas nesen publicēts žurnālāDabas komunikācijaKomanda aprakstīja, kā maska ​​nespecifiskā veidā saistās ar savu mērķi. Tas sastāv no skaitļošanas veidā izstrādātiem peptīdiem (aminoskābju ķēdēm, kas veido olbaltumvielas), kas paši savācas nanomēroga šķiedru hidrogēlos. Salīdzinājumam, vakcīnu ražotās antivielas ir vērstas pret specifiskiem receptoriem, piemēram, pandēmijas laikā izstrādātajām mRNS vakcīnām, kas saistās ar specifiskiem SARS-CoV-2 smailes proteīniem.

Komandas atklājums radās no pētījumiem pandēmijas sākumā par jaunām pieejām, lai novērstu vīrusa iekļūšanu šūnās. Sākotnējais dizains, kas ietvēra peptīdus, kas vērsti pret SARS-CoV-2 smaili, attiecās uz ļoti specifiskiem domēniem. Tomēr viņu izstrādātie nespecifiskie peptīdu gēli veidoja vīrusa daudzslāņu šķiedru. Grupa ir postulējusi, ka šķiedru negatīvie lādiņi mijiedarbojas ar atšķirīgi lādētiem proteīniem uz vīrusa virsmas, maskējot tos un neļaujot tiem mijiedarboties ar vietējām šūnām.

Attiecībā uz nespecifisko olbaltumvielu masku Kumars atzīmēja: "Tā veido lielāku struktūru un saistās labāk nekā viena molekula. Lai gan tai nav augsta specifiskuma, tā var patstāvīgi savākties un palikt uz mērķa ilgāku laiku un veidot šķiedru." Uzlīme uz virsmas, kas darbojas kā molekulārais Velcro.

Viņš piebilda: "Mērķis būtu lokāls līdzeklis, kas saistās ar vīrusu. SARS-CoV-2 gadījumā mēs to izsmidzinām degunā, kas ir galvenā infekcijas vieta, iespējams, pat profilaktiski."

Komanda vispirms pārbaudīja šķiedras pret virkni vīrusu, izmantojot datorsimulācijas, izmantojot jaudīgas NVIDIA grafikas kartes, kuras bieži izmanto konkurences spēlēs. Viņi vēlāk veica veiksmīgus drošības testus ar pelēm un žurkām, izmantojot injekcijas un deguna aerosolus, sacīja Džozefs Dods, Ph.D. students Kumaras laboratorijā, kurš veica lielu daļu terapijas pētījumu kopā ar Abhišeku Roju, arī maģistrantu. Students. Terapija inhibēja SARS-CoV-2 alfa un omikronu variantus in vitro un ilga vienu dienu, nekaitējot dzīvniekiem in vivo testos.

Kumar ir izstrādājis hidrogēlus dažādiem terapeitiskiem lietojumiem. Tās piegādes mehānisms ir pielāgojams un sastāv no Lego līdzīgiem peptīdu pavedieniem ar bioaktīvu līdzekli vienā galā, kas organismā var izdzīvot nedēļām un pat mēnešiem, kad citi biomateriāli tiek ātri sadalīti. Tā pašorganizējošās saites ir veidotas tā, lai tās būtu stiprākas par ķermeņa izkliedējošiem spēkiem; Tas veido stabilas šķiedras, bez iekaisuma pazīmēm.

Hidrogēls ir paredzēts, lai izraisītu dažādas bioloģiskas reakcijas atkarībā no pievienotās kravas. Kumar laboratorija ir publicējusi pētījumus par lietojumiem, sākot no terapijas, lai veicinātu vai novērstu jaunu asinsvadu tīklu veidošanos, līdz iekaisuma mazināšanai un cīņai ar mikrobiem.

"Šajā gadījumā mēs izmantojam elektriskos lādiņus, kas mijiedarbojas ar patogēnu, lai to iznīcinātu," sacīja Kumars. "Mēs joprojām cenšamies noskaidrot, kā šķiedras mijiedarbojas: vai tas ir mehānisks darbības veids? Pret narkotikām izturīgi patogēni mutē ap bioķīmiskiem modulatoriem, bet vai tie mazāk mutēs ap mehānisko šķēpu? Izprotot šo fundamentālo mijiedarbību, tas ir tas, ko mēs vēlamies darīt." Uzziniet, kā to lietot pret dažādām slimībām.

Jaunajos pētījumos laboratorija pārbauda terapiju pret zālēm rezistentām baktērijām un sēnītēm.

Komandas locekļi apvieno dažādas zināšanas: datoru dizains Čikāgas Ilinoisas Universitātē; bioanalītiskās prasmes Georgia Tech un Baylor School of Medicine; studējis virusoloģiju Rutgers Universitātē; un platformas, analīzes un testu pieredze NJIT.

Viņas pētījumu finansē Nacionālie veselības institūti, ASV Nacionālais zinātnes fonds un Ņūdžersijas Ekonomiskās attīstības iestāde.

Avoti: