Terapie inovatoare pe bază de hidrogel pe bază de peptide pentru prevenirea virusului

Terapie inovatoare pe bază de hidrogel pe bază de peptide pentru prevenirea virusului

Vaccinurile rămân standardul de aur pentru protecția împotriva agenților patogeni periculoși, dar dezvoltarea lor necesită mult timp și resurse enorme. Virușii cu mutații rapide, cum ar fi SARS-CoV-2, le pot slăbi eficacitatea și chiar îi pot face inutile.

Pentru a aborda aceste lacune, o echipă multiuniversitară condusă de Vivek Kumar de la Institutul de Tehnologie din New Jersey dezvoltă o terapie cu hidrogel care acționează ca o primă linie de apărare împotriva virușilor și a altor amenințări biologice. Peptidele care alcătuiesc acest gel împiedică viruși precum SARS-CoV-2, care provoacă COVID-19, să se atașeze și să intre în celule. Pentru a face acest lucru, ei se leagă de un receptor specific al agentului patogen invadator și, în același timp, se agregează pentru a forma o „mască moleculară” cu mai multe straturi, care îi atenuează efectul.

Pe parcursul cercetărilor lor, echipa a descoperit că singura masca moleculară a prevenit infecțiile. Avantajul potențial al acestei noi tehnologii este capacitatea sa de a combate diferiți agenți patogeni și mutații ale bolii.

Protejarea oamenilor în stadiile incipiente ale unui focar este importantă. Noul nostru mecanism ar putea ajuta, de asemenea, primii respondenți, personalul militar care se confruntă cu noi agenți patogeni, oamenii din zone îndepărtate, deservite și persoanele care nu pot primi vaccinări.”

Vivek Kumar, profesor asociat de Inginerie Biomedicală, Institutul de Tehnologie din New Jersey

Scopul pe termen scurt este de a crea un spray nazal împotriva infecțiilor din aer.

Într-un studiu publicat recent în jurnalComunicarea naturiiEchipa a descris modul în care masca se leagă de ținta sa într-un mod nespecific. Acesta constă din peptide proiectate computațional (lanțuri de aminoacizi care formează proteine) care se autoasamblează în hidrogeluri fibroase la scară nanometrică. În comparație, anticorpii produși de vaccinuri vizează receptori specifici, cum ar fi vaccinurile ARNm dezvoltate în timpul pandemiei, care se leagă de proteine ​​specifice de pe vârful SARS-CoV-2.

Descoperirea echipei a apărut în urma cercetărilor de la începutul pandemiei cu privire la noi abordări pentru a preveni intrarea virusului în celule. Designul inițial, care a inclus peptide care vizează vârful SARS-CoV-2, a abordat domenii foarte specifice. Cu toate acestea, gelurile de peptide nespecifice pe care le-au dezvoltat au format o fibră multistratificată pe virus. Grupul a postulat că sarcinile negative din fibre interacționează cu proteinele încărcate diferit de pe suprafața virusului, mascându-le și împiedicându-le să interacționeze cu celulele native.

În ceea ce privește masca proteică nespecifică, Kumar a remarcat: „Formată o structură mai mare și se leagă mai bine decât o singură moleculă. Deși nu are specificitate mare, se poate auto-asambla și rămâne pe țintă mai mult timp și formează o fibră”. Autocolant pe suprafață care acționează ca un velcro molecular.”

El a adăugat: „Obiectivul ar fi un agent topic care se leagă de virus. În cazul SARS-CoV-2, l-am pulveriza în nas, care este un loc major de infecție, poate chiar profilactic”.

Echipa a testat mai întâi fibrele împotriva unei game de viruși folosind simulări computerizate folosind plăci grafice NVIDIA puternice, care sunt adesea folosite în jocurile competitive. Ulterior, ei au efectuat teste de siguranță cu succes pe șoareci și șobolani folosind injecții și spray-uri nazale, a spus Joseph Dodd-o, un Ph.D. student în laboratorul lui Kumar, care a efectuat o mare parte din cercetările asupra terapiei împreună cu Abhishek Roy, de asemenea, student absolvent. Student. Terapia a inhibat variantele alfa și omicron ale SARS-CoV-2 in vitro și a durat o zi fără a dăuna animalelor din testele in vivo.

Kumar a dezvoltat hidrogeluri pentru o serie de aplicații terapeutice. Mecanismul său de livrare este personalizabil și constă din fire de peptide asemănătoare Lego cu un agent bioactiv la un capăt care poate supraviețui săptămâni și chiar luni în organism, unde alte biomateriale sunt defalcate rapid. Legăturile sale de auto-organizare sunt concepute pentru a fi mai puternice decât forțele de dispersie ale corpului; Formează fibre stabile, fără semne de inflamație.

Hidrogelul este conceput pentru a declanșa răspunsuri biologice diferite, în funcție de sarcina utilă atașată. Laboratorul lui Kumar a publicat cercetări cu privire la aplicații, de la terapii pentru promovarea sau prevenirea formării de noi rețele de vase de sânge până la reducerea inflamației și combaterea microbilor.

„În acest caz, folosim sarcini electrice care interacționează cu agentul patogen pentru a-l distruge”, a spus Kumar. „Încă încercăm să ne dăm seama cum interacționează fibrele: este acesta un mod de acțiune mecanic? Agenții patogeni rezistenți la medicamente se modifică în jurul modulatorilor biochimici, dar sunt mai puțin probabil ca ei să se mute în jurul unei sulițe mecanice? Înțelegând această interacțiune fundamentală, asta vrem să facem.” Aflați cum să-l utilizați împotriva diferitelor boli.

În noi studii, laboratorul testează terapia împotriva bacteriilor și ciupercilor rezistente la medicamente.

Membrii echipei aduc o gamă diversă de expertiză: design computer la Universitatea din Illinois Chicago; abilități bioanalitice la Georgia Tech și Baylor School of Medicine; a studiat virologie la Universitatea Rutgers; și platformă, analiză și experiență de testare la NJIT.

Cercetarea ei este finanțată de Institutul Național de Sănătate, Fundația Națională pentru Știință din SUA și Autoritatea de Dezvoltare Economică din New Jersey.

Surse: