Ātra sintēze varētu veicināt zāļu attīstību

Mazie olbaltumvielu fragmenti, ko sauc arī par peptīdiem, ir daudzsološi kā zāles, jo tos var izstrādāt ļoti specifiskām funkcijām dzīvās šūnās. Insulīns un HIV zāles Fuzeon ir daži no agrākajiem veiksmīgākajiem piemēriem, un ir paredzams, ka peptīdu zāles līdz 2018. gadam kļūs par 25 miljardu dolāru tirgu.

Tomēr galvenais vājais kakls ir liedzis peptīdu zālēm pilnībā izmantot savu potenciālu: peptīdu ražošana aizņem vairākas nedēļas, tāpēc ir grūti iegūt lielus daudzumus un ātri pārbaudīt to efektivitāti.

MIT ķīmiķi ir izstrādājuši veidu, kā ātri apvienot aminoskābes proteīnu fragmentos, kas pazīstami kā peptīdi. Aleksandra Vinogradova ilustrācija.

Šis vājais kakls drīz var izzust: MIT ķīmiķu un ķīmijas inženieru komanda ir izstrādājusi veidu, kā ražot peptīdus vien stundu laikā. Jaunā sistēma, kas aprakstīta nesenā žurnāla numurā ChemBioChem , varētu būtiski ietekmēt peptīdu zāļu izstrādi, saka Bredlijs Pentelūts, ķīmijas docents un pētniecības grupas vadītājs.

Peptīdi ir visuresoši. Tos izmanto terapijā, tie ir atrodami hidrogēlos un tiek izmantoti, lai kontrolētu zāļu piegādi. Tos izmanto arī kā bioloģiskas zondes, lai attēlotu vēzi un pētītu procesus šūnās, saka Pentelute. Tā kā tagad varat tos iegūt ļoti ātri, varat sākt darīt lietas, ko nevarējāt darīt agrāk.

Darba galvenais autors ir Marks Saimons, Pentelutas laboratorijas absolvents. Citi autori ir Klāvs Jensens, MIT Ķīmiskās inženierijas katedras vadītājs un Andrea Adamo, zinātniskais līdzstrādnieks ķīmijas inženierijā.

Paātrināta ražošana

Terapeitiskie peptīdi parasti sastāv no 30 līdz 40 aminoskābju ķēdes, kas ir proteīnu celtniecības bloki. Daudzām universitātēm, tostarp MIT, ir iekārtas šo peptīdu ražošanai, taču process parasti ilgst divas līdz sešas nedēļas, izmantojot mašīnas, kas izstrādātas apmēram pirms 20 gadiem.

Šīm mašīnām nepieciešama aptuveni stunda, lai veiktu ķīmiskās reakcijas, kas vajadzīgas, lai ķēdei pievienotu vienu aminoskābi. Lai paātrinātu procesu, MIT komanda pielāgoja sintēzes reakcijas, lai tās varētu veikt nepārtrauktas plūsmas sistēmā. Izmantojot šo pieeju, katra aminoskābju pievienošana aizņem tikai dažas minūtes, un visu peptīdu var salikt nedaudz vairāk kā stundas laikā.

Nākamajās versijās mēs domājam, ka katru soli varēsim veikt mazāk nekā 30 sekundēs, saka Pentelute, kura ir arī Broad Institute asociētā locekle. Tas nozīmē, ka jūs patiešām varēsit izdarīt visu, ko vēlaties īsā laika periodā.

Jaunajā sistēmā ir glabāšanas tvertnes katrai no 20 dabiski sastopamajām aminoskābēm, kas savienotas ar sūkņiem, kas izvelk pareizo. Kad aminoskābes plūst uz kameru, kurā notiek reakcija, tās pārvietojas pa spoli, kur tās tiek uzkarsētas līdz 60 grādiem pēc Celsija, kas palīdz paātrināt sintēzes reakciju.

Šī sistēma ražo peptīdus, kas ir tikpat tīri kā tie, kas ražoti ar esošajām iekārtām. Mēs esam līdzvērtīgi pasaulē labākajai jaunākajai sintēzei, taču tagad mēs to varam izdarīt daudz ātrāk, saka Pentelute.

Sistēmai vajadzētu atvieglot jaunu peptīdu izstrādi un ražošanu, saka Filips Dawsons, Scripps pētniecības institūta ķīmijas asociētais profesors, kurš nebija pētnieku komandas daļa. Tas, kas man tajā patīk, ir ierīces vienkāršība un pārdomātība, ar kādu tā tika salikta, saka Dosons. Ar nepacietību gaidīšu, kad varētu to izmēģināt savā laboratorijā.

Izmantojot šo tehnoloģiju, zinātnieki varētu izstrādāt un ātri pārbaudīt jaunus peptīdus vēža un citu slimību ārstēšanai, kā arī efektīvākus esošo peptīdu variantus, piemēram, insulīnu, saka Pentelute. Vēl viens šīs ātrgaitas pieejas ieguvums ir tas, ka visas iespējamās problēmas ar konkrētu peptīdu sintēzi var atklāt daudz ātrāk, ļaujot pētniekiem mēģināt to nekavējoties novērst.

Vēl viena joma, ko Pentelute plāno īstenot, ir tā saukto spoguļattēla proteīnu radīšana. Gandrīz visas dabā esošās olbaltumvielas ir izgatavotas no L aminoskābēm, kuru struktūras ir vērstas uz labo roku. Peptīdu izveide un izpēte, kas ir šo dabisko proteīnu spoguļattēli, varētu pavērt ceļu šādu peptīdu izstrādei kā jaunas zāles ar pilnīgi atšķirīgām funkcijām no labās puses versijām.

Tehnoloģija ar ietekmi

Atsevišķā rakstā, kas publicēts tajā pašā ChemBioChem numurā, pētnieki pierādīja, ka viņi var izmantot šo tehnoloģiju ne tikai peptīdu sintezēšanai, bet arī apvienot tos, veidojot lielus sintētiskos proteīnus. Lai demonstrētu tehnoloģiju, viņi izveidoja antivielu atdarinājumu, kurā ir 130 aminoskābes, kā arī 113 aminoskābju fermentu, ko ražo baktērijas. Ķīmijas absolventi Surins Mongs un Aleksandrs Vinogradovs kopā ar Saimonu ir šī raksta galvenie autori.

Pētnieki ir patentējuši tehnoloģiju, un MIT Deshpande tehnoloģisko jauninājumu centrs ir piešķīris viņiem dotāciju, lai palīdzētu to komercializēt. Pentelute saka, ka viņš uzskata, ka ar aptuveni 10 mašīnām, kas izmanto jauno tehnoloģiju, pietiktu, lai apmierinātu pašreizējo pieprasījumu, kas ir aptuveni 100 000 līdz 500 000 pielāgotu peptīdu gadā.

Pentelute paredz, ka tehnoloģijai varētu būt ietekme uz sintētisko bioloģiju, kas ir salīdzināma ar ātru DNS un RNS īsu virkņu sintēzi. Šo pavedienu, kas pazīstami kā oligonukleotīdi, sagatavošana aizņem tikai vienu vai divas dienas, un tos var izmantot, lai izveidotu pielāgotus gēnus, lai šūnām piešķirtu jaunas funkcijas.

Tas ir mūsu mērķis — nodrošināt šo peptīdu vienību piegādi nākamajā vai divās dienās ikvienam pasaulē. Tas tiešām ir sapnis, viņš saka.

Pētījumu finansēja MIT Reed fonds, Deshpande centrs, Damon-Runyon-Rachleff Innovation Award, Sontag Foundation Distinguished Scientist Award, C.P. Chu un Y. Lai stipendija, AstraZeneca izcilā absolventu stipendija, Nacionālais vispārējo medicīnas zinātņu institūts un Nacionālie veselības institūti.

paslēpties