_ Tipografie produse farmaceutice pe bază de plante — fără plante

Studenții de la Rochester au dezvoltat un sistem de bioprintare 3D pentru a reproduce substanțele chimice găsite în plante, inclusiv pe cele periclitate de schimbările climatice.

Imaginați-vă o lume fără plante. Deși acest scenariu extrem nu a devenit realitate, Pământul se confruntă cu o tendință îngrijorătoare - epuizarea rapidă a potențialelor medicamente derivate din plante. La nivel global, zeci de mii de specii de plante cu flori joacă un rol vital în aplicațiile medicinale, dar multe dintre produsele farmaceutice care domină piața Statelor Unite se bazează în mare măsură pe materii prime vegetale importate care necesită condiții climatice foarte speciale pentru o creștere optimă.

Amenințarea pentru multe specii de plante este intensificată de factori precum schimbările climatice, dăunătorii și bolile invazive și practicile agricole care se luptă să satisfacă cererea mare de produse finite.

Pentru a aborda aceste probleme, o echipă a Universității 10. Studenții de la Rochester au fost pionieri în noile tehnologii pentru a reproduce mai eficient substanțele chimice utile găsite în plante, inclusiv pe cele puse în pericol de schimbarea climei Pământului. Numindu-se „Team RoSynth”, studenții au creat un sistem de imprimare 3D accesibil pentru optimizarea producției de medicamente și produse farmaceutice la cerere, derivate din plante.

În noiembrie, echipa a intrat în cercetarea lor în 2023 International. Competiția de mașini de inginerie genetică (iGEM), un eveniment în care echipe conduse de studenți din întreaga lume concurează pentru a rezolva probleme din lumea reală folosind biologia sintetică. Biologia sintetică profită de inginerie pentru a construi părți biologice inspirate din natură. Proiectul echipei Rochester a fost nominalizat pentru Cel mai bun proiect de bioproducție și cel mai bun hardware și a primit o medalie de aur, făcându-i a treia cea mai recunoscută echipă din Statele Unite. Echipa a concurat împotriva a 402 echipe de pe șase continente.

„Tehnologia echipei RoSynth are un potențial imens de a promova întregul domeniu al biologiei sintetice, permițând producția simplă și accesibilă de noi materiale vii proiectate”, spune Anne S. Meyer, profesor asociat la Departamentul de Biologie și unul dintre consilierii echipei iGEM din Rochester.

O metodă „ingenioasă” de bioimprimare a hidrogelurilor

Echipa RoSynth și-a proiectat bioimprimanta 3D pentru imprimați hidrogeluri – substanțe asemănătoare jeleului făcute din apă și polimeri care pot reține și elibera molecule biologice. Sistemul echipei Rochester este unic, deoarece imprimă bacterii modificate genetic și drojdie modificate genetic în hidrogeluri adiacente, care sunt apoi scufundate într-un bulion nutritiv lichid. Lucrarea complexă de fabricare a substanței chimice a produsului final este împărțită între cele două tipuri diferite de microbi, făcând procesul să se desfășoare mai ușor și mai rapid.

O inovație cheie constă în faptul că drojdia și bacteriile trebuie să să crească separat pentru a preveni ca un microbi să crească mai repede și să provoace moartea microbilor cu creștere mai lentă; cu toate acestea, cei doi microbi trebuie, de asemenea, să poată face schimb de molecule pentru a construi produsul chimic final.

„Pentru a rezolva această problemă dificilă, studenții au conceput o soluție ingenioasă”, spune Meyer. „Drojdia și bacteriile au fost bioimprimate 3D în hidrogeluri, astfel încât microbii au fost ținuți separați unul de celălalt, dar moleculele pe care le-au produs s-au putut schimba liber.”

Abordarea are ca rezultat crearea sintetică a plantelor pe bază de plante. chimicale, fără a fi nevoie de plante reale.

Ca caz de testare, echipa a sintetizat biochimic acid rosmarinic (RA). RA este de obicei extras din plante precum rozmarin, salvie și ferigă. Este folosit ca aromă și în cosmetică și s-a dovedit, de asemenea, că are proprietăți antioxidante și antiinflamatorii. Deși acidul rosmarinic nu este el însuși pe cale de dispariție, a fost un extract ideal de testat.

„Acidul rosmarinic este un compus vegetal apreciat, dar nu a fost toxic sau periculos pentru studenți”, spune Meyer. „În plus, calea de a o face este destul de complexă, constând dintr-un număr mare de enzime care acționează secvenţial.”

Echipa, care este condusă în totalitate de studenți, cu mai mulți membri ai facultății la îndemână ca consilieri, a început idei de proiecte de brainstorming la începutul anului 2023. Inspirată de pandemia COVID-19, schimbările climatice și locația Rochester în apropierea centrelor agricole din New York, echipa a prioritizat abordarea impactului climatului asupra livrărilor de substanțe chimice de origine vegetală.

„Întrucât ne aflăm în Rochester, care este adiacent regiunii Finger Lakes, o zonă agricolă majoră din statul New York, ne-am gândit la modul în care impactul schimbărilor climatice va duce la scăderea recoltelor în următorii ani și va avea impact asupra livrărilor locale. de plante și compuși pe bază de plante”, spune Catherine Xie, o specializare în genetică moleculară.

Medha Pan, de asemenea, o specializare în genetică moleculară, adaugă: „Echipa noastră iGEM se concentra pe criza climatică și pe penuria agricolă care cu care ne confruntăm, mai ales în era COVID. Am văzut direct importanța de a avea medicamente accesibile și de încredere.”

Exemple de medicamente specifice care ar putea beneficia de metodele și tehnologiile dezvoltate de Team RoSynth includ aspirina, care este derivată din scoarța de salcie și taxol de droguri împotriva cancerului, dezvoltat de specii de tisă care au fost identificate ca având nevoie de protecție.

O parte a misiunii echipei a fost de a crea o bioimprimantă la prețuri accesibile, cu un design open-source, care să permită altora să exploreze crearea sintetică. produse chimice pe bază de plante.

„O bioimprimantă tipică va costa peste 10.000 USD, dar am proiectat una sub 500 USD”, spune Allie Tay, specialist în inginerie biomedicală. „Am vrut să avem o bioimprimantă 3D care să fie accesibilă. pentru ca laboratoarele să facă această dovadă a conceptului cu orice molecule aleg.”

Proiectul este de așa natură încât alți oameni de știință pot schimba genele și căile proiectate în bacterii și drojdii pentru a produce practic orice substanță chimică pe bază de plante. . Designul bioimprimantei în sine este disponibil pe pagina Wiki a echipei și include un ghid despre cum să construiți și să utilizați imprimantei, astfel încât ceilalți să poată crea și adapta tehnologia pentru o varietate de utilizări.

Imbinarea naturii cu tehnologie de ultimă oră, echipa a demonstrat că studenții pot conduce proiecte inovatoare în timp record.

„Proiectele ca acestea durează de obicei ani pentru doctorat. sau studenți să se dezvolte”, spune Tay, „și faptul că suntem studenți care facem asta și ni s-a dat din februarie până în noiembrie — cred că este o activitate destul de mare.”

(Fluierul)