Studiuesit zhvillojnë proteina terapeutike vetë-montuese, vetë-ndriçuese

Kur bëhet fjalë për dërgimin e barnave në trup, një sfidë e madhe është të sigurohet që ato të mbeten në zonën që po trajtojnë dhe të vazhdojnë të japin ngarkesën e tyre me saktësi. Ndërsa janë bërë hapa të mëdhenj në shpërndarjen e barnave, monitorimi i tyre është një sfidë që shpesh kërkon procedura invazive si biopsi.

Studiuesit në NYU Tandon të udhëhequr nga Jin Kim Montclare, Profesor i Inxhinierisë Kimike dhe Biomolekulare, kanë zhvilluar proteina që mund të grumbullohen në fibra për t’u përdorur si agjentë terapeutikë për trajtimet e mundshme të sëmundjeve të shumta.

Këto biomateriale mund të kapsulojnë dhe ofrojnë terapi për një sërë sëmundjesh. Por ndërsa laboratori i Montclare ka punuar prej kohësh në prodhimin e këtyre materialeve, dikur kishte një sfidë që ishte e vështirë për t’u kapërcyer – si të sigurohesh që këto proteina të vazhdonin të jepnin terapinë e tyre në vendndodhjen e duhur në trup për kohën e nevojshme.

Në një studim të fundit të publikuar nga revista ACS Applied Nano Materials , laboratori i saj ishte në gjendje të krijonte biomateriale që ishin të fluorizuara. Falë këtij fluorizimi, ato mund të monitorohen me skanime të thjeshta FMRI, duke lejuar profesionistët mjekësorë të sigurojnë që ilaçet të qëndrojnë në zonat e trajtimit përmes teknologjisë joinvazive të imazhit.

Materiali përbëhet nga proteina natyrale, por ekipi hulumtues prezantoi aminoacidin jo-natyror, trifluoroleucine. Për shkak se fluori është i rrallë në trup, ai lejon që biomaterialet të ndizen si një ekran festash kur trupi futet në një skanim 19FMRI.

“Si një agjent teranostik, ai jo vetëm që mund të japë një ilaç për kancerin ose sëmundjen e kyçeve, për shembull, por tani mund të shohim se ai është ende në vend në trup dhe lëshon ilaçin aty ku supozohet,” thotë Montclare. “Ajo heq nevojën për operacione invazive ose biopsi për të parë se çfarë po ndodh.”

Laboratori i Montclare kryen kërkime novatore në proteinat inxhinierike për të imituar natyrën dhe, në disa raste, për të punuar më mirë se natyra. Ajo punon për të personalizuar proteinat artificiale me synimin për të synuar çrregullimet njerëzore, shpërndarjen e barnave dhe rigjenerimin e indeve, si dhe krijimin e nanomaterialeve për elektronikë. Nëpërmjet përdorimit të kimisë dhe inxhinierisë gjenetike , ajo ka dhënë kontribute për sëmundjet që variojnë nga COVID-19 tek osteoartriti e shumë të tjera.

Ky zbulim përdor të njëjtat aminoacide dhe proteina që karakterizojnë pjesën më të madhe të kërkimit të Montclare. Për shkak se ato janë bërë nga materiale organike, kur këto biomatale të kenë përfunduar punën e tyre dhe të kenë dhënë terapi, trupi mund t’i shpërbëjë ato pa asnjë lloj efekti negativ.

Kjo e ndan atë nga trajtimet e tjera që përdorin materiale jo organike që mund të shkaktojnë një përgjigje të rëndë imune ose reaksione të tjera. Në kombinim me teknikën e fluorizimit, këto materiale mund të ofrojnë një trajtim për sëmundjet e lokalizuara që mund të jenë shumë më pak invazive se trajtimet aktuale dhe është shumë më e lehtë dhe më pak shkatërruese për t’u monitoruar.

Montclare punoi ngushtë me fakultetin e Shkollës së Mjekësisë të NYU në këtë studim, duke përfshirë autorin bashkëkorrespondues Youssef Z. Wadghiri në departamentin e Radiologjisë, si dhe Richard Bonneau në Institutin Flatiron.

Ekipi i Montclare tregoi kërkimet e tyre në modelet e minjve, por ajo tashmë po kërkon të eksperimentojë në minj me çrregullime specifike për të provuar aftësitë e proteinës për të trajtuar sëmundjet.

Proteinat vetë-montuese që përdori ekipi i Montclare janë vetëm një nëngrup i asaj që ajo dhe laboratori i saj po punojnë. Në një punim tjetër të botuar në Biomacromolecules , laboratori i saj ishte në gjendje të përdorte dizajnin llogaritës për të krijuar proteina që mund të formonin hidrogel, falë një programi të shkruar nga Ph.D. studenti Dustin Britton.

Këto hidrogele kanë temperatura të ndryshme tranzicioni – temperatura në të cilën xhelat mund të mbeten të xhelatizuara pa u tretur ose të paqëndrueshme. Më parë, kufiri i sipërm i xhelatit ishte rreth 17 ° Celsius. Për aplikimet biomjekësore , kjo ishte jooptimale, pasi do të shkrihej ndërsa i afrohej temperaturës së trupit të njeriut. Nëpërmjet përdorimit të proteinave të tij të dizajnuara në mënyrë llogaritëse, Britton ishte në gjendje ta zhvendoste këtë kufi deri në 33.6 ° Celsius.

Për shkak të këtij stabiliteti të ri, proteinat që projektuan Britton dhe Montclare mund të përdoren për trajtime lokale, duke përfshirë shërimin e plagëve. Dhe përveç rritjes së tolerancës ndaj nxehtësisë, proteina e re mund të xhelitet shumë më shpejt se versionet e mëparshme, duke e bërë atë shumë më efikase dhe më të dobishme për aplikimet mjekësore.

Ndërsa ndryshonte temperaturën, Britton ishte gjithashtu në gjendje të projektonte një proteinë që është gjithashtu fluoreshente, që do të thotë se ka të njëjtin potencial për vizualizim si proteinat e fluorizuara në studimin e tyre tjetër. Kjo i lejon mjekët të monitorojnë praninë e tij në plagë dhe të sigurojnë që ajo të jep ngarkesën e saj terapeutike. Dhe xhel ka të njëjtat përfitime të proteinave të laboratorit të destinuara për përdorim të brendshëm, në atë që do të jetë në gjendje të degradohet dhe të shpërndahet në trup me pak ose aspak efekte të këqija.

Modeli kompjuterik i Britton po bën më shumë sesa dizajnimin e kësaj proteine ​​specifike. Sipas Monclare, fusha e biomaterialeve të prodhuara nga proteinat ka qenë prej kohësh e dominuar nga prova dhe gabime – testimi i modeleve hipotetike me shpresën për të parë nëse ato do të jenë të qëndrueshme. Por modeli i Britton ishte në gjendje të krijonte xhel vazhdimisht të suksesshëm, duke gjeneruar sekuenca me një shkallë jashtëzakonisht të lartë suksesi dhe duke krijuar proteina të reja me veti të reja për përdorime të mundshme terapeutike.

“Për prodhimin e biomaterialeve, kjo do të përshpejtojë absolutisht atë që ne jemi në gjendje të bëjmë,” thotë Montclare. “Mënyra se si bëhet tradicionalisht, ju bëni ndryshime racionale dhe shikoni nëse funksionon, dhe 90 për qind të rasteve nuk funksionon. Me këtë model të ri, të gjitha funksionojnë dhe ne mund të zgjedhim nga më të mirat. do të revolucionarizojë mënyrën se si ne i bëjmë biomaterialet.”

Në laboratorin e Monclare, kjo ka ndryshuar mënyrën se si ata do të krijojnë proteina dhe materiale të reja duke shkuar përpara – nuk ka kthim prapa në praktikën e përsëritjes racionale që kishte një shkallë kaq të lartë dështimi. Dhe me siguri do të përshpejtojë prodhimin e biomaterialeve revolucionare që së shpejti do të shërojnë disa nga kushtet më serioze mjekësore në mbarë botën.