Innowacyjna terapia hydrożelowa na bazie peptydów w profilaktyce wirusowej

Innowacyjna terapia hydrożelowa na bazie peptydów w profilaktyce wirusowej

Szczepionki pozostają złotym standardem ochrony przed niebezpiecznymi patogenami, jednak ich opracowanie wymaga dużo czasu i ogromnych zasobów. Szybko mutujące wirusy, takie jak SARS-CoV-2, mogą osłabić ich skuteczność, a nawet sprawić, że staną się niepotrzebne.

Aby wypełnić te luki, zespół składający się z wielu uniwersytetów kierowany przez Viveka Kumara z Instytutu Technologii w New Jersey opracowuje terapię hydrożelową, która stanowi pierwszą linię obrony przed wirusami i innymi zagrożeniami biologicznymi. Peptydy tworzące ten żel zapobiegają przyłączaniu się i przedostawaniu się wirusów, takich jak SARS-CoV-2, który powoduje COVID-19, do komórek. W tym celu wiążą się ze specyficznym receptorem atakującego patogenu i jednocześnie agregują, tworząc wielowarstwową „maskę molekularną”, która tłumi jego działanie.

W trakcie badań zespół odkrył, że sama maska ​​molekularna zapobiega infekcjom. Potencjalną zaletą tej nowej technologii jest jej zdolność do zwalczania różnych patogenów i mutacji chorobowych.

Ochrona ludzi na wczesnych etapach epidemii jest ważna. Nasz nowy mechanizm mógłby również pomóc służbom pierwszej pomocy na pierwszej linii frontu, personelowi wojskowemu napotykającemu nowe patogeny, mieszkańcom odległych obszarów o niedostatecznym dostępie do sieci oraz osobom, które nie mogą otrzymać szczepień”.

Vivek Kumar, profesor nadzwyczajny inżynierii biomedycznej, Instytut Technologii w New Jersey

Celem krótkoterminowym jest stworzenie sprayu do nosa przeciwko infekcjom przenoszonym drogą powietrzną.

W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmieKomunikacja przyrodniczaZespół opisał, w jaki sposób maska ​​wiąże się z celem w nieswoisty sposób. Składa się z zaprojektowanych obliczeniowo peptydów (łańcuchów aminokwasowych tworzących białka), które samoorganizują się w włókniste hydrożele w nanoskali. Dla porównania, przeciwciała wytwarzane przez szczepionki atakują określone receptory, takie jak szczepionki mRNA opracowane podczas pandemii, które wiążą się z określonymi białkami w impulsie SARS-CoV-2.

Odkrycie zespołu wynikało z badań na początku pandemii nad nowymi metodami zapobiegania przedostawaniu się wirusa do komórek. Początkowy projekt, który obejmował peptydy ukierunkowane na szczyt SARS-CoV-2, dotyczył wysoce specyficznych domen. Jednakże opracowane przez nich niespecyficzne żele peptydowe również utworzyły wielowarstwowe włókno wirusa. Grupa postulowała, że ​​ładunki ujemne we włóknach oddziałują z różnie naładowanymi białkami na powierzchni wirusa, maskując je i uniemożliwiając interakcję z komórkami natywnymi.

Jeśli chodzi o niespecyficzną maskę białkową, Kumar zauważył: „Tworzy większą strukturę i wiąże się lepiej niż pojedyncza cząsteczka. Chociaż nie ma wysokiej specyficzności, może się samoorganizować i pozostawać na celu przez dłuższy czas, tworząc włókno”. Naklejka na powierzchni, która działa jak molekularny rzep.”

Dodał: „Celem byłby środek miejscowy, który wiąże się z wirusem. W przypadku SARS-CoV-2 rozpylalibyśmy go do nosa, który jest głównym miejscem infekcji, być może nawet profilaktycznie”.

Zespół najpierw przetestował światłowody pod kątem szeregu wirusów, korzystając z symulacji komputerowych z wykorzystaniem wydajnych kart graficznych NVIDIA, które są często używane w grach rywalizacyjnych. Później przeprowadzili pomyślnie testy bezpieczeństwa na myszach i szczurach, stosując zastrzyki i aerozole do nosa, powiedział dr Joseph Dodd-o. student w laboratorium Kumara, który przeprowadził większość badań nad terapią wraz z Abhishekiem Royem, również absolwentem. Student. Terapia hamowała warianty alfa i omikron SARS-CoV-2 in vitro i w testach in vivo działała przez jeden dzień, nie wyrządzając szkody zwierzętom.

Kumar opracował hydrożele do szeregu zastosowań terapeutycznych. Jego mechanizm dostarczania można dostosować do indywidualnych potrzeb i składa się z pasm peptydowych przypominających klocki Lego z substancją bioaktywną na jednym końcu, które mogą przetrwać tygodnie, a nawet miesiące w organizmie, gdzie inne biomateriały ulegają szybkiemu rozkładowi. Jego samoorganizujące się wiązania są zaprojektowane tak, aby były silniejsze niż siły dyspersyjne organizmu; Tworzy stabilne włókna, bez cech stanu zapalnego.

Hydrożel ma za zadanie wywoływać różne reakcje biologiczne w zależności od dołączonego ładunku. Laboratorium Kumara opublikowało badania dotyczące różnych zastosowań, od terapii wspomagających lub zapobiegających tworzeniu się nowych sieci naczyń krwionośnych po zmniejszanie stanu zapalnego i zwalczanie drobnoustrojów.

„W tym przypadku używamy ładunków elektrycznych, które wchodzą w interakcję z patogenem, aby go zniszczyć” – powiedział Kumar. „Nadal próbujemy dowiedzieć się, jak włókna wchodzą w interakcję: czy jest to mechaniczny sposób działania? Lekooporne patogeny mutują wokół modulatorów biochemicznych, ale czy jest mniej prawdopodobne, że mutują wokół mechanicznej włóczni? Właśnie to chcemy osiągnąć, rozumiejąc tę ​​podstawową interakcję”. Dowiedz się, jak go stosować w walce z różnymi chorobami.

W ramach nowych badań laboratorium testuje terapię przeciwko lekoopornym bakteriom i grzybom.

Członkowie zespołu wnoszą szeroką wiedzę specjalistyczną: projektowanie komputerów na Uniwersytecie Illinois w Chicago; umiejętności bioanalityczne w Georgia Tech i Baylor School of Medicine; studiował wirusologię na Uniwersytecie Rutgers; oraz doświadczenie w zakresie platformy, analiz i testów w NJIT.

Jej badania są finansowane przez Narodowy Instytut Zdrowia, amerykańską Narodową Fundację Nauki i Urząd ds. Rozwoju Gospodarczego stanu New Jersey.

Źródła: