Innovativ peptidbasert hydrogelterapi for virusforebygging

Innovativ peptidbasert hydrogelterapi for virusforebygging

Vaksiner er fortsatt gullstandarden for beskyttelse mot farlige patogener, men utviklingen av dem krever mye tid og enorme ressurser. Raskt muterende virus som SARS-CoV-2 kan svekke deres effektivitet og til og med gjøre dem unødvendige.

For å løse disse hullene utvikler et multi-universitetsteam ledet av Vivek Kumar fra New Jersey Institute of Technology en hydrogelterapi som fungerer som en første forsvarslinje mot virus og andre biologiske trusler. Peptidene som utgjør denne gelen forhindrer virus som SARS-CoV-2, som forårsaker COVID-19, fra å feste seg til og komme inn i celler. For å gjøre dette binder de seg til en spesifikk reseptor for det invaderende patogenet og samler seg samtidig for å danne en flerlags "molekylær maske" som demper effekten.

I løpet av forskningen fant teamet at den molekylære masken alene forhindret infeksjoner. Den potensielle fordelen med denne nye teknologien er dens evne til å bekjempe ulike patogener og sykdomsmutasjoner.

Å beskytte mennesker i de tidlige stadiene av et utbrudd er viktig. Vår nye mekanisme kan også hjelpe førstehjelpspersonell i frontlinjen, militært personell som møter nye patogener, mennesker i avsidesliggende, underbetjente områder og folk som ikke kan motta vaksinasjoner.»

Vivek Kumar, førsteamanuensis i biomedisinsk ingeniørvitenskap, New Jersey Institute of Technology

Det kortsiktige målet er å lage en nesespray mot luftbårne infeksjoner.

I en studie nylig publisert i tidsskriftetNaturkommunikasjonTeamet beskrev hvordan masken binder seg til målet på en ikke-spesifikk måte. Den består av beregningsmessig utformede peptider (aminosyrekjeder som danner proteiner) som selv monteres til fibrøse hydrogeler i nanoskala. Til sammenligning er antistoffene produsert av vaksiner rettet mot spesifikke reseptorer, som mRNA-vaksinene utviklet under pandemien, som binder seg til spesifikke proteiner på SARS-CoV-2-toppen.

Lagets oppdagelse oppsto fra forskning tidlig i pandemien på nye tilnærminger for å forhindre at viruset kommer inn i celler. Det første designet, som inkluderte peptider rettet mot SARS-CoV-2-toppen, adresserte svært spesifikke domener. Imidlertid dannet de uspesifikke peptidgelene de også utviklet en flerlags fiber på viruset. Gruppen har postulert at de negative ladningene i fibrene samhandler med forskjellig ladede proteiner på virusoverflaten, maskerer dem og hindrer dem i å samhandle med native celler.

Når det gjelder den ikke-spesifikke proteinmasken, bemerket Kumar: "Den danner en større struktur og binder seg bedre enn et enkelt molekyl. Selv om den ikke har høy spesifisitet, kan den sette seg sammen og holde seg på målet i lengre tid og danne en fiber." Klistremerke på overflaten som fungerer som molekylær borrelås.

Han la til: "Målet ville være et lokalt middel som binder seg til viruset. I tilfellet SARS-CoV-2 ville vi sprayet det inn i nesen, som er et stort infeksjonssted, kanskje til og med profylaktisk."

Teamet testet først fibrene mot en rekke virus ved hjelp av datasimuleringer med kraftige NVIDIA-grafikkort, som ofte brukes i konkurrerende spill. De utførte senere vellykkede sikkerhetstester på mus og rotter ved bruk av injeksjoner og nesespray, sa Joseph Dodd-o, en Ph.D. student i Kumars laboratorium, som utførte mye av forskningen på terapien sammen med Abhishek Roy, også en doktorgradsstudent. Student. Behandlingen hemmet alfa- og omicron-variantene av SARS-CoV-2 in vitro og varte i en dag uten å skade dyrene i in vivo-testene.

Kumar har utviklet hydrogeler for en rekke terapeutiske bruksområder. Leveringsmekanismen kan tilpasses og består av Lego-lignende peptidtråder med et bioaktivt middel i den ene enden som kan overleve i uker og til og med måneder i kroppen der andre biomaterialer raskt brytes ned. Dens selvorganiserende bånd er utformet for å være sterkere enn kroppens dispersive krefter; Den danner stabile fibre, uten tegn til betennelse.

Hydrogelen er utformet for å utløse ulike biologiske responser avhengig av nyttelasten som er festet. Kumars laboratorium har publisert forskning på bruksområder som spenner fra terapier for å fremme eller forhindre dannelsen av nye blodkarnettverk til å redusere betennelse og bekjempe mikrober.

"I dette tilfellet bruker vi elektriske ladninger som samhandler med patogenet for å ødelegge det," sa Kumar. "Vi prøver fortsatt å finne ut hvordan fibrene samhandler: Er dette en mekanisk virkemåte? Legemiddelresistente patogener muterer rundt biokjemiske modulatorer, men er det mindre sannsynlig at de muterer rundt et mekanisk spyd? Ved å forstå denne grunnleggende interaksjonen, er det det vi ønsker å gjøre." Finn ut hvordan du kan bruke det mot ulike sykdommer.

I nye studier tester laboratoriet ut terapi mot medikamentresistente bakterier og sopp.

Teammedlemmer har med seg et mangfold av ekspertise: datadesign ved University of Illinois Chicago; bioanalytiske ferdigheter ved Georgia Tech og Baylor School of Medicine; studerte virologi ved Rutgers University; og erfaring med plattform, analyse og analyse ved NJIT.

Forskningen hennes er finansiert av National Institutes of Health, US National Science Foundation og New Jersey Economic Development Authority.

Kilder: