Inovativna terapija s hidrogelom na osnovi peptidov za preprečevanje virusov

Inovativna terapija s hidrogelom na osnovi peptidov za preprečevanje virusov

Cepiva ostajajo zlati standard za zaščito pred nevarnimi patogeni, vendar njihov razvoj zahteva veliko časa in ogromno sredstev. Hitro mutirajoči virusi, kot je SARS-CoV-2, lahko oslabijo njihovo učinkovitost in postanejo celo nepotrebni.

Za odpravo teh vrzeli večuniverzitetna ekipa pod vodstvom Viveka Kumarja s tehnološkega inštituta New Jersey razvija terapijo s hidrogelom, ki deluje kot prva obrambna linija pred virusi in drugimi biološkimi grožnjami. Peptidi, ki sestavljajo ta gel, preprečujejo, da bi se virusi, kot je SARS-CoV-2, ki povzroča COVID-19, pritrdili na celice in vstopili v njih. Da bi to naredili, se vežejo na specifičen receptor vsiljivega patogena in se hkrati združijo v večplastno "molekularno masko", ki duši njegov učinek.

Med raziskavo je skupina ugotovila, da le molekularna maska ​​preprečuje okužbe. Potencialna prednost te nove tehnologije je njena sposobnost boja proti različnim patogenom in mutacijam bolezni.

Zaščita ljudi v zgodnjih fazah izbruha je pomembna. Naš novi mehanizem bi lahko pomagal tudi prvim posredovalcem, vojaškemu osebju, ki se srečuje z novimi patogeni, ljudem na oddaljenih območjih s premalo oskrbo in ljudem, ki ne morejo prejeti cepljenja.

Vivek Kumar, izredni profesor biomedicinskega inženirstva, Tehnološki inštitut New Jersey

Kratkoročni cilj je ustvariti pršilo za nos proti okužbam, ki se prenašajo po zraku.

V študiji, nedavno objavljeni v revijiKomunikacija v naraviEkipa je opisala, kako se maska ​​veže na svojo tarčo na nespecifičen način. Sestavljen je iz računalniško zasnovanih peptidov (verig aminokislin, ki tvorijo proteine), ki se sami sestavijo v vlaknate hidrogele na nanometru. Za primerjavo, protitelesa, ki jih proizvajajo cepiva, ciljajo na specifične receptorje, kot so cepiva mRNA, razvita med pandemijo, ki se vežejo na specifične beljakovine na konici SARS-CoV-2.

Odkritje ekipe je izhajalo iz raziskav na začetku pandemije o novih pristopih za preprečevanje vstopa virusa v celice. Začetna zasnova, ki je vključevala peptide, ki ciljajo na konico SARS-CoV-2, je obravnavala zelo specifične domene. Vendar so nespecifični peptidni geli, ki so jih prav tako razvili, tvorili večplastno vlakno na virusu. Skupina je domnevala, da negativni naboji v vlaknih medsebojno delujejo z različno nabitimi proteini na površini virusa, jih prikrijejo in jim preprečijo interakcijo z domačimi celicami.

V zvezi z nespecifično beljakovinsko masko je Kumar opozoril: "Tvori večjo strukturo in se veže bolje kot ena sama molekula. Čeprav nima visoke specifičnosti, se lahko sama sestavi in ​​ostane na tarči dlje časa ter tvori vlakno." Nalepka na površini, ki deluje kot molekularni Velcro.«

Dodal je: "Cilj bi bilo lokalno sredstvo, ki se veže na virus. V primeru SARS-CoV-2 bi ga razpršili v nos, ki je glavno mesto okužbe, morda celo profilaktično."

Ekipa je najprej testirala vlakna proti vrsti virusov z uporabo računalniških simulacij z uporabo zmogljivih grafičnih kartic NVIDIA, ki se pogosto uporabljajo v tekmovalnih igrah. Kasneje so izvedli uspešne varnostne teste na miših in podganah z uporabo injekcij in pršil za nos, je povedal Joseph Dodd-o, doktor znanosti. študent v Kumarjevem laboratoriju, ki je izvedel veliko raziskav o terapiji skupaj z Abhishekom Royem, prav tako podiplomskim študentom. študent. Terapija je zavirala alfa in omikron različici SARS-CoV-2 in vitro in je trajala en dan brez škode za živali v testih in vivo.

Kumar je razvil hidrogele za vrsto terapevtskih aplikacij. Njegov mehanizem dostave je prilagodljiv in je sestavljen iz lego podobnih peptidnih niti z bioaktivnim sredstvom na enem koncu, ki lahko preživi tedne in celo mesece v telesu, kjer se drugi biomateriali hitro razgradijo. Njegove samoorganizirajoče vezi so zasnovane tako, da so močnejše od razpršilnih sil telesa; Tvori stabilna vlakna, brez znakov vnetja.

Hidrogel je zasnovan tako, da sproži različne biološke odzive, odvisno od priloženega tovora. Kumarjev laboratorij je objavil raziskavo o aplikacijah, ki segajo od terapij za spodbujanje ali preprečevanje nastajanja novih mrež krvnih žil do zmanjševanja vnetja in boja proti mikrobom.

"V tem primeru uporabljamo električne naboje, ki sodelujejo s patogenom, da ga uničijo," je dejal Kumar. "Še vedno poskušamo ugotoviti, kako vlakna medsebojno delujejo: ali je to mehanski način delovanja? Patogeni, odporni na zdravila, mutirajo okoli biokemičnih modulatorjev, vendar je manj verjetno, da bodo mutirali okoli mehanskega kopja? Z razumevanjem te temeljne interakcije, to je tisto, kar želimo storiti." Ugotovite, kako ga uporabiti proti različnim boleznim.

V novih študijah laboratorij preizkuša terapijo proti bakterijam in glivam, odpornim na zdravila.

Člani skupine prinašajo raznovrstno strokovno znanje: računalniško oblikovanje na Univerzi Illinois Chicago; bioanalitične veščine na Georgia Tech in Baylor School of Medicine; študiral virologijo na univerzi Rutgers; ter izkušnje s platformo, analizo in analizo na NJIT.

Njeno raziskavo financirajo Nacionalni inštituti za zdravje, Nacionalna znanstvena fundacija ZDA in Uprava za gospodarski razvoj New Jerseyja.

Viri: