Innovativ peptidbaserad hydrogelterapi för att förebygga virus

Innovativ peptidbaserad hydrogelterapi för att förebygga virus

Vacciner är fortfarande guldstandarden för skydd mot farliga patogener, men deras utveckling kräver mycket tid och enorma resurser. Snabbt muterande virus som SARS-CoV-2 kan försvaga deras effektivitet och till och med göra dem onödiga.

För att komma till rätta med dessa luckor utvecklar ett team på flera universitet under ledning av Vivek Kumar från New Jersey Institute of Technology en hydrogelterapi som fungerar som en första försvarslinje mot virus och andra biologiska hot. Peptiderna som utgör denna gel förhindrar virus som SARS-CoV-2, som orsakar covid-19, från att fästa till och komma in i celler. För att göra detta binder de till en specifik receptor för den invaderande patogenen och aggregerar samtidigt för att bilda en flerskiktad "molekylär mask" som dämpar dess effekt.

Under loppet av sin forskning fann teamet att den molekylära masken ensam förhindrade infektioner. Den potentiella fördelen med denna nya teknik är dess förmåga att bekämpa olika patogener och sjukdomsmutationer.

Det är viktigt att skydda människor i de tidiga stadierna av ett utbrott. Vår nya mekanism kan också hjälpa förstahandspersonal i frontlinjen, militär personal som stöter på nya patogener, människor i avlägsna, underbetjänade områden och människor som inte kan ta emot vaccinationer."

Vivek Kumar, docent i biomedicinsk teknik, New Jersey Institute of Technology

Det kortsiktiga målet är att skapa en nässpray mot luftburna infektioner.

I en studie som nyligen publicerats i tidskriftenNaturkommunikationTeamet beskrev hur masken binder till sitt mål på ett ospecifikt sätt. Den består av beräkningsmässigt utformade peptider (aminosyrakedjor som bildar proteiner) som självbildas till fibrösa hydrogeler i nanoskala. I jämförelse riktar sig antikropparna som produceras av vaccin mot specifika receptorer, som mRNA-vaccinerna som utvecklades under pandemin, som binder till specifika proteiner på SARS-CoV-2-spiken.

Teamets upptäckt kom från forskning tidigt i pandemin om nya metoder för att förhindra att viruset kommer in i celler. Den initiala designen, som inkluderade peptider riktade mot SARS-CoV-2-spiken, riktade sig till mycket specifika domäner. Men de ospecifika peptidgelerna de också utvecklade bildade en flerskiktsfiber på viruset. Gruppen har postulerat att de negativa laddningarna i fibrerna interagerar med olika laddade proteiner på virusytan, maskerar dem och hindrar dem från att interagera med inhemska celler.

När det gäller den icke-specifika proteinmasken, noterade Kumar: "Den bildar en större struktur och binder bättre än en enda molekyl. Även om den inte har hög specificitet, kan den självmontera och stanna kvar på målet under en längre tid och bilda en fiber." Klistermärke på ytan som fungerar som molekylär kardborre.

Han tillade: "Målet skulle vara ett aktuellt medel som binder till viruset. I fallet med SARS-CoV-2 skulle vi spraya det i näsan, som är en viktig plats för infektion, kanske till och med profylaktiskt."

Teamet testade först fibrerna mot en rad virus med hjälp av datorsimuleringar med kraftfulla NVIDIA-grafikkort, som ofta används i tävlingsspel. De genomförde senare framgångsrika säkerhetstester på möss och råttor med hjälp av injektioner och nässprayer, säger Joseph Dodd-o, en Ph.D. student i Kumars labb, som utförde mycket av forskningen om terapin tillsammans med Abhishek Roy, också en doktorand. Student. Behandlingen hämmade alfa- och omikronvarianterna av SARS-CoV-2 in vitro och varade i en dag utan att skada djuren i in vivo-testerna.

Kumar har utvecklat hydrogeler för en rad terapeutiska tillämpningar. Dess leveransmekanism är anpassningsbar och består av legoliknande peptidsträngar med ett bioaktivt medel i ena änden som kan överleva i veckor och till och med månader i kroppen där andra biomaterial snabbt bryts ner. Dess självorganiserande band är utformade för att vara starkare än kroppens dispersiva krafter; Det bildar stabila fibrer, utan tecken på inflammation.

Hydrogelen är designad för att utlösa olika biologiska reaktioner beroende på vilken nyttolast som är ansluten. Kumars labb har publicerat forskning om tillämpningar som sträcker sig från terapier för att främja eller förhindra bildandet av nya blodkärlsnätverk till att minska inflammation och bekämpa mikrober.

"I det här fallet använder vi elektriska laddningar som interagerar med patogenen för att förstöra den," sa Kumar. "Vi försöker fortfarande ta reda på hur fibrerna interagerar: Är detta ett mekaniskt verkningssätt? Läkemedelsresistenta patogener muterar runt biokemiska modulatorer, men är det mindre troligt att de muterar runt ett mekaniskt spjut? Genom att förstå denna grundläggande interaktion är det vad vi vill göra." Ta reda på hur du använder det mot olika sjukdomar.

I nya studier testar laboratoriet terapi mot läkemedelsresistenta bakterier och svampar.

Teammedlemmar tar med sig ett brett utbud av expertis: datordesign vid University of Illinois Chicago; bioanalytiska färdigheter vid Georgia Tech och Baylor School of Medicine; studerade virologi vid Rutgers University; och erfarenhet av plattform, analys och analys på NJIT.

Hennes forskning finansieras av National Institutes of Health, US National Science Foundation och New Jersey Economic Development Authority.

Källor: