_ Inginerii elimină agenții patogeni invadatori cu o „mască moleculară”

Vaccinurile rămân standardul de aur al protecției împotriva agenților patogeni periculoși, dar pentru dezvoltare necesită timp considerabil și resurse vaste. Virușii cu mutații rapide, cum ar fi SARS-CoV-2, le pot slăbi eficacitatea și chiar îi pot face învechiți.

Pentru a aborda aceste lacune, o echipă multiuniversitară condusă de Vivek Kumar de la Institutul de Tehnologie din New Jersey dezvoltă un hidrogel. terapie 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. Ei fac acest lucru legându-se de un anumit receptor al agentului patogen invadator, în timp ce se agregează într-o „mască moleculară” cu mai multe straturi, care îi atenuează acțiunea.

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

„Protecția oamenilor în fazele inițiale ale unui focar este importantă”, a spus Kumar, profesor asociat la Inginerie biomedicala. „Noul nostru mecanism ar putea ajuta, de asemenea, primii care au intervenit în prima linie, personalul militar care se confruntă cu noi agenți patogeni, oamenii din zone îndepărtate, cu resurse insuficiente și pe cei care nu pot primi vaccinări.”

Obiectivul pe termen scurt. este de a produce un spray nazal împotriva infecțiilor din aer.

Într-un studiu din revista Nature Communications, echipa a descris modul în care masca se leagă nespecific de ținta sa. Este compus din peptide proiectate computațional (șiruri de aminoacizi care formează proteine) care se autoasamblează în hidrogeluri fibroase la scară nanometrică. Prin comparație, anticorpii produși de vaccinuri vizează anumiți receptori, deoarece vaccinurile ARNm dezvoltate în timpul pandemiei care se leagă cu proteine ​​specifice pe vârful SARS-CoV-2.

Descoperirea echipei a apărut în urma cercetărilor de la începutul anului. pandemia privind noile abordări pentru a preveni invadarea celulelor virusului. Designul inițial, care implică peptide care au vizat vârful SARS-CoV-2, a analizat domenii foarte specifice. Cu toate acestea, gelurile de peptide nespecifice pe care le-au proiectat au format o fibră cu mai multe straturi deasupra virusului.

Grupul a postulat că sarcinile negative din fibre interacționează cu proteinele încărcate diferit de pe suprafața virală. , maschându-le și, astfel, împiedicându-le să interacționeze cu celulele native.

Din masca proteică nespecifică, Kumar a remarcat: „Forma o structură mai mare și se leagă mai bine decât o face o singură moleculă. Nu are specificitate mare, se poate auto-asambla și rămâne pe țintă mai mult timp, formând un autocolant de fibre pe suprafață care acționează ca un velcro molecular.”

El a adăugat: „Scopul 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 unui număr de viruși prin simulări pe computer care au folosit plăci grafice NVIDIA puternice, care sunt utilizate în mod obișnuit în jocurile competitive. Ulterior, ei au efectuat teste de siguranță cu succes cu șoareci și șobolani, folosind injecții și spray-uri nazale, a spus Joseph Dodd-o, un Ph.D. student în laboratorul lui Kumar, care a condus o mare parte din cercetările asupra terapiei împreună cu Abhishek Roy, de asemenea, un doctorat. student. Terapia a inhibat variantele alfa și omicron ale SARS-CoV-2 in vitro, durand 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 este compus din fire de peptide asemănătoare Lego, cu un agent bioactiv atașat la un capăt, care poate supraviețui în organism săptămâni și chiar luni, unde alte biomateriale se degradează rapid. Legăturile sale de auto-asamblare sunt concepute pentru a fi mai puternice decât forțele de dispersie ale corpului; formează fibre stabile, fără semne de inducere a inflamației.

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 a determina sau preveni crearea de noi rețele de vase de sânge, pentru a reduce inflamația și pentru a combate microbii.

„În acest caz, folosim sarcini electrice care interacționează cu agentul patogen pentru a-l perturba”, a spus Kumar.

„Încă încercăm să determinăm modul în care fibrele interacționează: este acesta un mod mecanic de acțiune patogenii rezistenți la medicamente mută în jurul modulatorilor biochimici, dar sunt mai puțini? probabil să se mute în jurul unei sulițe mecanice? Prin înțelegerea acestei interacțiuni fundamentale, vrem să ne dăm seama cum să o folosim împotriva diferitelor boli.”

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

Membrii echipei aduc cunoștințe variate: design computațional la Universitatea din Illinois Chicago; capabilități bioanalitice la Georgia Tech și Baylor School of Medicine; studii de virologie la Universitatea Rutgers; și platformă, experiență analitică și de testare la NJIT.

(Fluierul)