用于预防病毒的创新肽水凝胶疗法

用于预防病毒的创新肽水凝胶疗法

疫苗仍然是预防危险病原体的黄金标准，但其开发需要大量时间和大量资源。 SARS-CoV-2 等快速变异的病毒会削弱其有效性，甚至使其变得不必要。

为了弥补这些差距，由新泽西理工学院 Vivek Kumar 领导的多所大学团队正在开发一种水凝胶疗法，作为抵御病毒和其他生物威胁的第一道防线。 构成这种凝胶的肽可防止病毒（例如导致 COVID-19 的 SARS-CoV-2）附着和进入细胞。 为此，它们与入侵病原体的特定受体结合，同时聚集形成多层“分子面具”，抑制其影响。

在研究过程中，研究小组发现，仅分子口罩就可以预防感染。 这项新技术的潜在优势是它能够对抗各种病原体和疾病突变。

在疫情爆发的早期阶段保护人们非常重要。 我们的新机制还可以帮助前线急救人员、遇到新型病原体的军事人员、偏远、服务不足地区的人们以及无法接种疫苗的人们。”

Vivek Kumar，新泽西理工学院生物医学工程副教授

短期目标是制造一种针对空气传播感染的鼻喷雾剂。

在最近发表在该杂志上的一项研究中自然交流该团队描述了掩模如何以非特异性方式与其目标结合。 它由计算设计的肽（形成蛋白质的氨基酸链）组成，可自组装成纳米级纤维水凝胶。 相比之下，疫苗产生的抗体针对特定受体，例如大流行期间开发的 mRNA 疫苗，它与 SARS-CoV-2 刺突上的特定蛋白质结合。

该团队的发现源于大流行早期对防止病毒进入细胞的新方法的研究。 最初的设计包括针对 SARS-CoV-2 刺突的肽，解决了高度特异性的领域。 然而，他们还开发了非特异性肽凝胶，在病毒上形成了多层纤维。 该小组假设，纤维中的负电荷与病毒表面带不同电荷的蛋白质相互作用，掩盖它们并阻止它们与天然细胞相互作用。

对于非特异性蛋白质掩模，Kumar指出，“它形成了更大的结构，并且比单个分子结合得更好。虽然它不具有高特异性，但它可以自组装并在目标上停留更长时间并形成纤维。”表面的贴纸就像分子尼龙搭扣一样。”

他补充道：“我们的目标是开发一种与病毒结合的外用制剂。就 SARS-CoV-2 而言，我们会将其喷入鼻子，这是主要的感染部位，甚至可能起到预防作用。”

该团队首先使用强大的 NVIDIA 显卡（通常用于竞技游戏）进行计算机模拟，测试了这些纤维对一系列病毒的抵抗力。 博士约瑟夫·多德奥 (Joseph Dodd-o) 表示，他们后来使用注射剂和鼻喷雾剂对小鼠和大鼠进行了成功的安全测试。 Kumar 实验室的学生，他与同为研究生的 Abhishek Roy 一起进行了该疗法的大部分研究。 学生。 该疗法在体外抑制了 SARS-CoV-2 的 α 和 omicron 变体，并在体内测试中持续一天而不伤害动物。

Kumar 开发了用于一系列治疗应用的水凝胶。 其输送机制是可定制的，由一端带有生物活性剂的类似乐高的肽链组成，可以在体内存活数周甚至数月，而其他生物材料会迅速分解。 它的自组织键被设计为比身体的分散力更强； 它形成稳定的纤维，没有炎症迹象。

水凝胶被设计为根据所附着的有效负载触发不同的生物反应。 库马尔的实验室发表了从促进或预防新血管网络形成的疗法到减少炎症和对抗微生物等应用的研究。

“在这种情况下，我们使用与病原体相互作用的电荷来消灭它，”库马尔说。 “我们仍在试图弄清楚纤维如何相互作用：这是一种机械作用模式吗？耐药病原体在生化调节剂周围发生突变，但它们在机械矛周围发生突变的可能性较小吗？通过了解这种基本的相互作用，这就是我们想要做的。”了解如何使用它来对抗各种疾病。

在新的研究中，该实验室正在测试针对耐药细菌和真菌的治疗方法。

团队成员带来了广泛的专业知识：伊利诺伊大学芝加哥分校的计算机设计； 佐治亚理工学院和贝勒医学院的生物分析技能； 在罗格斯大学学习病毒学； 以及 NJIT 的平台、分析和测定经验。

她的研究由美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会和新泽西经济发展局资助。

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