Terapia inovadora de hidrogel à base de peptídeos para prevenção de vírus

Terapia inovadora de hidrogel à base de peptídeos para prevenção de vírus

As vacinas continuam a ser o padrão-ouro para a proteção contra agentes patogénicos perigosos, mas o seu desenvolvimento requer muito tempo e enormes recursos. Vírus que sofrem mutações rápidas, como o SARS-CoV-2, podem enfraquecer a sua eficácia e até torná-los desnecessários.

Para colmatar estas lacunas, uma equipa multi-universitária liderada por Vivek Kumar, do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey, está a desenvolver uma terapia de hidrogel que actua como primeira linha de defesa contra vírus e outras ameaças biológicas. Os peptídeos que compõem este gel evitam que vírus como o SARS-CoV-2, que causa o COVID-19, se liguem e entrem nas células. Para fazer isso, eles se ligam a um receptor específico do patógeno invasor e ao mesmo tempo se agregam para formar uma “máscara molecular” de múltiplas camadas que amortece seu efeito.

Ao longo da pesquisa, a equipe descobriu que a máscara molecular por si só prevenia infecções. A vantagem potencial desta nova tecnologia é a sua capacidade de combater vários agentes patogénicos e mutações de doenças.

É importante proteger as pessoas nas fases iniciais de um surto. Nosso novo mecanismo também poderia ajudar os socorristas da linha de frente, militares que encontram novos patógenos, pessoas em áreas remotas e carentes e pessoas que não podem receber vacinas.”

Vivek Kumar, professor associado de engenharia biomédica, Instituto de Tecnologia de Nova Jersey

O objetivo a curto prazo é criar um spray nasal contra infecções transmitidas pelo ar.

Em um estudo publicado recentemente na revistaComunicação da naturezaA equipe descreveu como a máscara se liga ao seu alvo de maneira não específica. Consiste em peptídeos projetados computacionalmente (cadeias de aminoácidos que formam proteínas) que se automontam em hidrogéis fibrosos em nanoescala. Em comparação, os anticorpos produzidos pelas vacinas têm como alvo receptores específicos, como as vacinas de mRNA desenvolvidas durante a pandemia, que se ligam a proteínas específicas no pico do SARS-CoV-2.

A descoberta da equipe surgiu de pesquisas no início da pandemia sobre novas abordagens para impedir a entrada do vírus nas células. O projeto inicial, que incluía peptídeos direcionados ao pico do SARS-CoV-2, abordou domínios altamente específicos. No entanto, os géis peptídicos inespecíficos que eles também desenvolveram formaram uma fibra multicamadas no vírus. O grupo postulou que as cargas negativas nas fibras interagem com proteínas com cargas diferentes na superfície do vírus, mascarando-as e impedindo-as de interagir com as células nativas.

Em relação à máscara proteica inespecífica, Kumar observou: “Ela forma uma estrutura maior e se liga melhor do que uma única molécula. Embora não tenha alta especificidade, pode se automontar e permanecer no alvo por mais tempo e formar uma fibra”. Adesivo na superfície que funciona como velcro molecular.”

Ele acrescentou: “O objetivo seria um agente tópico que se ligasse ao vírus. No caso do SARS-CoV-2, pulverizaríamos no nariz, que é um importante local de infecção, talvez até profilaticamente”.

A equipe primeiro testou as fibras contra uma série de vírus usando simulações de computador usando poderosas placas gráficas NVIDIA, que são frequentemente usadas em jogos competitivos. Posteriormente, eles realizaram testes de segurança bem-sucedidos em camundongos e ratos usando injeções e sprays nasais, disse Joseph Dod-o, Ph.D. estudante do laboratório de Kumar, que conduziu grande parte da pesquisa sobre a terapia junto com Abhishek Roy, também estudante de pós-graduação. Estudante. A terapia inibiu as variantes alfa e ômicron do SARS-CoV-2 in vitro e durou um dia sem prejudicar os animais nos testes in vivo.

Kumar desenvolveu hidrogéis para diversas aplicações terapêuticas. Seu mecanismo de entrega é personalizável e consiste em filamentos de peptídeos semelhantes a Lego com um agente bioativo em uma extremidade que pode sobreviver por semanas e até meses no corpo, onde outros biomateriais são rapidamente decompostos. Seus vínculos auto-organizados são projetados para serem mais fortes que as forças dispersivas do corpo; Forma fibras estáveis, sem sinais de inflamação.

O hidrogel é projetado para desencadear diferentes respostas biológicas dependendo da carga anexada. O laboratório de Kumar publicou pesquisas sobre aplicações que vão desde terapias para promover ou prevenir a formação de novas redes de vasos sanguíneos até reduzir a inflamação e combater micróbios.

“Neste caso, usamos cargas elétricas que interagem com o patógeno para destruí-lo”, disse Kumar. "Ainda estamos tentando descobrir como as fibras interagem: será este um modo de ação mecânico? Os patógenos resistentes aos medicamentos sofrem mutações em torno de moduladores bioquímicos, mas será menos provável que sofram mutações em torno de uma lança mecânica? Ao compreender esta interação fundamental, é isso que queremos fazer." Descubra como usá-lo contra diversas doenças.

Em novos estudos, o laboratório testa terapia contra bactérias e fungos resistentes a medicamentos.

Os membros da equipe trazem uma ampla gama de conhecimentos: design de computadores na Universidade de Illinois, Chicago; habilidades bioanalíticas na Georgia Tech e Baylor School of Medicine; estudou virologia na Rutgers University; e experiência em plataforma, análise e ensaio no NJIT.

Sua pesquisa é financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e pela Autoridade de Desenvolvimento Econômico de Nova Jersey.

Fontes: