Inovatívna hydrogélová terapia na báze peptidov na prevenciu vírusov

Inovatívna hydrogélová terapia na báze peptidov na prevenciu vírusov

Vakcíny zostávajú zlatým štandardom ochrany pred nebezpečnými patogénmi, no ich vývoj si vyžaduje veľa času a obrovské zdroje. Rýchlo mutujúce vírusy, ako je SARS-CoV-2, môžu oslabiť ich účinnosť a dokonca ich urobiť nepotrebnými.

Na vyriešenie týchto nedostatkov vyvíja multiuniverzitný tím pod vedením Viveka Kumara z Technologického inštitútu v New Jersey hydrogélovú terapiu, ktorá pôsobí ako prvá línia obrany proti vírusom a iným biologickým hrozbám. Peptidy, ktoré tvoria tento gél, zabraňujú vírusom, ako je SARS-CoV-2, ktorý spôsobuje COVID-19, aby sa pripojili k bunkám a vstúpili do nich. Na tento účel sa viažu na špecifický receptor invázneho patogénu a súčasne sa zhlukujú, čím vytvárajú viacvrstvovú „molekulárnu masku“, ktorá tlmí jeho účinok.

V priebehu výskumu tím zistil, že samotná molekulárna maska ​​zabraňuje infekciám. Potenciálnou výhodou tejto novej technológie je jej schopnosť bojovať proti rôznym patogénom a chorobným mutáciám.

Ochrana ľudí v počiatočných štádiách epidémie je dôležitá. Náš nový mechanizmus by mohol pomôcť aj osobám prvej reakcie v prvej línii, vojenskému personálu stretávajúcemu sa s novými patogénmi, ľuďom v odľahlých oblastiach s nedostatočnou obsluhou a ľuďom, ktorí nemôžu dostať očkovanie.

Vivek Kumar, docent biomedicínskeho inžinierstva, New Jersey Institute of Technology

Krátkodobým cieľom je vytvorenie nosového spreja proti vzdušným infekciám.

V štúdii nedávno publikovanej v časopiseKomunikácia prírodyTím opísal, ako sa maska ​​viaže na svoj cieľ nešpecifickým spôsobom. Pozostáva z výpočtovo navrhnutých peptidov (reťazcov aminokyselín, ktoré tvoria proteíny), ktoré sa samy zostavujú do vláknitých hydrogélov nanometrov. Na porovnanie, protilátky produkované vakcínami sa zameriavajú na špecifické receptory, ako sú mRNA vakcíny vyvinuté počas pandémie, ktoré sa viažu na špecifické proteíny na vrchole SARS-CoV-2.

Objav tímu vzišiel z výskumu na začiatku pandémie o nových prístupoch na zabránenie vstupu vírusu do buniek. Počiatočný dizajn, ktorý zahŕňal peptidy zacielené na vrchol SARS-CoV-2, sa zaoberal vysoko špecifickými doménami. Nešpecifické peptidové gély, ktoré vyvinuli, však tiež vytvorili na víruse viacvrstvové vlákno. Skupina predpokladala, že negatívne náboje vo vláknach interagujú s rôzne nabitými proteínmi na povrchu vírusu, maskujú ich a bránia im v interakcii s natívnymi bunkami.

V súvislosti s nešpecifickou proteínovou maskou Kumar poznamenal: "Tvorí väčšiu štruktúru a viaže sa lepšie ako jedna molekula. Aj keď nemá vysokú špecifickosť, dokáže sa sama zostaviť a zostať na cieli dlhší čas a vytvorí vlákno." Nálepka na povrchu, ktorá pôsobí ako molekulárny suchý zips.“

Dodal: "Cieľom by bolo lokálne činidlo, ktoré sa naviaže na vírus. V prípade SARS-CoV-2 by sme ho nastriekali do nosa, ktorý je hlavným miestom infekcie, možno aj profylakticky."

Tím najprv otestoval vlákna proti množstvu vírusov pomocou počítačových simulácií s použitím výkonných grafických kariet NVIDIA, ktoré sa často používajú v konkurenčnom hraní. Neskôr vykonali úspešné bezpečnostné testy na myšiach a potkanoch pomocou injekcií a nosových sprejov, povedal Joseph Dodd-o, Ph.D. študent v Kumarovom laboratóriu, ktorý viedol veľkú časť výskumu terapie spolu s Abhishekom Royom, tiež postgraduálnym študentom. Študent. Terapia inhibovala alfa a omikrónové varianty SARS-CoV-2 in vitro a trvala jeden deň bez poškodenia zvierat v testoch in vivo.

Kumar vyvinul hydrogély pre celý rad terapeutických aplikácií. Jeho dodávací mechanizmus je prispôsobiteľný a pozostáva z peptidových vlákien podobných Legu s bioaktívnym činidlom na jednom konci, ktoré môže prežiť týždne a dokonca mesiace v tele, kde sa ostatné biomateriály rýchlo rozkladajú. Jeho samoorganizujúce sa väzby sú navrhnuté tak, aby boli silnejšie ako rozptylové sily tela; Vytvára stabilné vlákna, bez známok zápalu.

Hydrogél je navrhnutý tak, aby spúšťal rôzne biologické reakcie v závislosti od pripojeného užitočného zaťaženia. Kumarovo laboratórium zverejnilo výskum aplikácií od terapií na podporu alebo prevenciu tvorby nových sietí krvných ciev až po zníženie zápalu a boj proti mikróbom.

"V tomto prípade používame elektrické náboje, ktoré interagujú s patogénom, aby sme ho zničili," povedal Kumar. "Stále sa snažíme zistiť, ako vlákna interagujú: Je to mechanický spôsob účinku? Patogény odolné voči liekom mutujú okolo biochemických modulátorov, ale je menej pravdepodobné, že zmutujú okolo mechanického oštepu? Pochopením tejto základnej interakcie to chceme urobiť." Zistite, ako ho použiť proti rôznym chorobám.

V nových štúdiách laboratórium testuje terapiu proti baktériám a hubám odolným voči liekom.

Členovia tímu prinášajú rozmanitú škálu odborných znalostí: počítačový dizajn na University of Illinois Chicago; bioanalytické zručnosti na Georgia Tech a Baylor School of Medicine; študoval virológiu na Rutgers University; a skúsenosti s platformou, analýzou a testovaním v NJIT.

Jej výskum je financovaný Národným inštitútom zdravia, Národnou vedeckou nadáciou USA a Úradom pre hospodársky rozvoj v New Jersey.

Zdroje: