Innovatieve op peptiden gebaseerde hydrogeltherapie voor viruspreventie

Innovatieve op peptiden gebaseerde hydrogeltherapie voor viruspreventie

Vaccins blijven de gouden standaard voor bescherming tegen gevaarlijke ziekteverwekkers, maar de ontwikkeling ervan vergt veel tijd en enorme middelen. Snel muterende virussen zoals SARS-CoV-2 kunnen hun effectiviteit verzwakken en zelfs overbodig maken.

Om deze lacunes aan te pakken, ontwikkelt een multiuniversitair team onder leiding van Vivek Kumar van het New Jersey Institute of Technology een hydrogeltherapie die fungeert als eerste verdedigingslinie tegen virussen en andere biologische bedreigingen. De peptiden waaruit deze gel bestaat, voorkomen dat virussen zoals SARS-CoV-2, dat COVID-19 veroorzaakt, zich aan cellen hechten en deze binnendringen. Om dit te doen, binden ze zich aan een specifieke receptor van de binnendringende ziekteverwekker en aggregeren ze tegelijkertijd om een ​​meerlaags ‘moleculair masker’ te vormen dat het effect ervan dempt.

In de loop van hun onderzoek ontdekte het team dat alleen het moleculaire masker infecties voorkwam. Het potentiële voordeel van deze nieuwe technologie is het vermogen ervan om verschillende ziekteverwekkers en ziektemutaties te bestrijden.

Het is belangrijk om mensen in de vroege stadia van een uitbraak te beschermen. Ons nieuwe mechanisme zou ook eerstehulpverleners in de frontlinie kunnen helpen, militair personeel dat nieuwe ziekteverwekkers tegenkomt, mensen in afgelegen, achtergestelde gebieden en mensen die niet in staat zijn vaccinaties te krijgen.”

Vivek Kumar, universitair hoofddocent biomedische technologie, New Jersey Institute of Technology

Het doel op korte termijn is het creëren van een neusspray tegen infecties via de lucht.

Dat blijkt uit een onderzoek dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerdCommunicatie over de natuurHet team beschreef hoe het masker zich op een niet-specifieke manier aan zijn doel bindt. Het bestaat uit computationeel ontworpen peptiden (aminozuurketens die eiwitten vormen) die zichzelf assembleren tot vezelige hydrogels op nanoschaal. Ter vergelijking: de antilichamen die door vaccins worden geproduceerd, richten zich op specifieke receptoren, zoals de mRNA-vaccins die tijdens de pandemie zijn ontwikkeld en die zich binden aan specifieke eiwitten op de SARS-CoV-2-piek.

De ontdekking van het team kwam voort uit onderzoek in het begin van de pandemie naar nieuwe benaderingen om te voorkomen dat het virus cellen binnendringt. Het oorspronkelijke ontwerp, dat peptiden omvatte die zich richtten op de SARS-CoV-2-piek, richtte zich op zeer specifieke domeinen. De niet-specifieke peptidegels die ze ook ontwikkelden, vormden echter een meerlaagse vezel op het virus. De groep heeft gepostuleerd dat de negatieve ladingen in de vezels een interactie aangaan met verschillend geladen eiwitten op het virusoppervlak, waardoor ze worden gemaskeerd en voorkomen dat ze in wisselwerking treden met inheemse cellen.

Met betrekking tot het niet-specifieke eiwitmasker merkte Kumar op: "Het vormt een grotere structuur en bindt beter dan een enkel molecuul. Hoewel het geen hoge specificiteit heeft, kan het zichzelf assembleren en langer op het doelwit blijven en een vezel vormen." Sticker op het oppervlak die werkt als moleculair klittenband.”

Hij voegde eraan toe: “Het doel zou een actueel middel zijn dat zich aan het virus bindt. In het geval van SARS-CoV-2 zouden we het in de neus spuiten, wat een belangrijke infectieplaats is, misschien zelfs profylactisch.”

Het team testte de vezels eerst tegen een reeks virussen met behulp van computersimulaties met krachtige grafische kaarten van NVIDIA, die vaak worden gebruikt bij competitief gamen. Later voerden ze succesvolle veiligheidstests uit op muizen en ratten met behulp van injecties en neussprays, zei Joseph Dodd-o, een Ph.D. student in het laboratorium van Kumar, die samen met Abhishek Roy, ook een afgestudeerde student, een groot deel van het onderzoek naar de therapie uitvoerde. Student. De therapie remde de alfa- en omicronvarianten van SARS-CoV-2 in vitro en duurde een dag zonder de dieren in de in vivo tests te schaden.

Kumar heeft hydrogels ontwikkeld voor een reeks therapeutische toepassingen. Het toedieningsmechanisme is aanpasbaar en bestaat uit Lego-achtige peptidestrengen met aan het ene uiteinde een bioactief middel dat weken en zelfs maanden in het lichaam kan overleven waar andere biomaterialen snel worden afgebroken. De zelforganiserende banden zijn ontworpen om sterker te zijn dan de verspreidende krachten van het lichaam; Het vormt stabiele vezels, zonder tekenen van ontsteking.

De hydrogel is ontworpen om verschillende biologische reacties teweeg te brengen, afhankelijk van de bevestigde lading. Het laboratorium van Kumar heeft onderzoek gepubliceerd naar toepassingen variërend van therapieën om de vorming van nieuwe bloedvatennetwerken te bevorderen of te voorkomen tot het verminderen van ontstekingen en het bestrijden van microben.

“In dit geval gebruiken we elektrische ladingen die interageren met de ziekteverwekker om deze te vernietigen,” zei Kumar. "We proberen nog steeds uit te vinden hoe de vezels op elkaar inwerken: is dit een mechanisch werkingsmechanisme? Geneesmiddelresistente ziekteverwekkers muteren rond biochemische modulatoren, maar is het minder waarschijnlijk dat ze muteren rond een mechanische speer? Door deze fundamentele interactie te begrijpen, is dat wat we willen doen." Ontdek hoe u het tegen verschillende ziekten kunt gebruiken.

In nieuwe onderzoeken test het laboratorium therapie tegen medicijnresistente bacteriën en schimmels.

Teamleden brengen een breed scala aan expertise mee: computerontwerp aan de Universiteit van Illinois, Chicago; bioanalytische vaardigheden aan Georgia Tech en Baylor School of Medicine; studeerde virologie aan de Rutgers Universiteit; en platform-, analyse- en testervaring bij NJIT.

Haar onderzoek wordt gefinancierd door de National Institutes of Health, de Amerikaanse National Science Foundation en de New Jersey Economic Development Authority.

Bronnen: