Con la mayor frecuencia de los hospitales que buscan antibióticos de último recurso para combatir las infecciones y los recientes brotes de Ébola y Zika que cruzan las fronteras como nunca antes, la comunidad científica mundial ha sido desafiada con el desarrollo de nuevos antimicrobianos para proteger a la población.
El brazo de investigación del Departamento de Defensa de los EE. UU., La Agencia del Programa de Investigación Avanzada de Defensa, o DARPA, es conocido por asumir desafíos de gran tamaño como este. Por lo tanto, hicieron un llamado a los investigadores para que descubran cómohaga al menos 1000 dosis a cualquier patógeno desconocido, en una semana.
Un equipo de ASU fue uno de los pocos que estuvo a la altura de este desafío.
"Hasta donde sabemos, fuimos el único equipo que descubrió cómo hacer esto para cualquier patógeno: virus o bacteria", dijo el líder de investigación Stephen Albert Johnston, quien dirige el Centro de Innovaciones en Medicina del Instituto de Biodiseño de ASU y esprofesor de la Facultad de Ciencias de la Vida ". Si bien el sistema está diseñado para crear antimicrobianos en una emergencia extrema, que esperamos nunca sea necesario, los elementos básicos se pueden aplicar para mejorar los enfoques convencionales para la fabricación de antiinfecciosos".
"Mi centro de investigación prospera en asumir proyectos que la mayoría piensa que no se pueden hacer. Este desafío fue demasiado bueno para no responder"
centinelas sintéticos
Los anticuerpos son proteínas grandes en forma de Y producidas por el sistema inmune humano para alejar a los invasores extraños. Nuestros cuerpos montan esta defensa rápidamente, especialmente si han visto al invasor antes, produciendo el anticuerpo necesario a los pocos días de la infección.
Pero para hacerlos en el laboratorio, los anticuerpos específicos para un solo invasor pueden llevar meses y ser una propuesta costosa.
Johnston quería imitar el enfoque de la naturaleza al tiempo que reduce drásticamente el descubrimiento de antimicrobianos y el tiempo de producción.
Durante la última década, el equipo de Johnston ha sido pionero en el desarrollo de versiones hechas en laboratorio que se centran solo en el fin comercial de los anticuerpos, los elementos críticos de reconocimiento de patógenos, llamados anticuerpos sintéticos o cuerpos sintéticos.
Los sintetizadores están formados por dos fragmentos de proteínas cortos, llamados péptidos, que se unen para formar un pequeño compuesto similar a un anticuerpo que aún es lo suficientemente grande como para hacer su trabajo.
astillando
Pero incluso el proceso de creación de cuerpos generalmente lleva varios meses.
Los cuerpos se seleccionan en chips de péptidos que contienen un conjunto prefabricado de 10,000 péptidos colocados en filas ordenadas en un portaobjetos de vidrio de microscopio, llamado microarrays.
Para generar un sincuerpo con actividad antibiótica, se puede colocar una solución que contenga bacterias o virus en el microarray.
"Nuestra solución para ahorrar tiempo fue preseleccionar una gran cantidad de patógenos en el microarray y encontrar 100 péptidos que serían lo suficientemente diversos como para que cualquier patógeno examinado se uniera a dos o más péptidos", dijo Chris Diehnelt, un asociadoprofesor de investigación en el centro de Johnston que supervisó los experimentos de laboratorio.
Podrían almacenar grandes cantidades de estos 100 péptidos por adelantado para que se puedan producir rápidamente 1,000 o más dosis de un agente terapéutico, seleccionando a los mejores candidatos que bloquean un patógeno dado. Estos candidatos se producen en grandes cantidades, se purifican y se prueban enratones para toxicidad aguda para que todo el proceso se complete en una semana.
Por su prueba de concepto, seleccionaron un total de 21 virus y bacterias diferentes contra sus matrices de sincuerpo.
"Encontramos que la mayoría de los péptidos reconoció un patógeno", dijo Diehnelt.
Además, probaron su sistema contra dos patógenos desconocidos que no se utilizaron en el estudio.
"Los datos mostraron que esta matriz puede identificar potencialmente péptidos de unión para cualquier patógeno dado", dijo Diehnelt.
Un disparo en el brazo
"Con este enfoque, se pueden producir docenas o incluso cientos de cuerpos en un día", dijo Johnston.
Los mejores candidatos son evaluados rápidamente tanto para la muerte efectiva como para la toxicidad para los humanos y se pueden producir a gran escala
Finalmente, su sistema se probó contra dos flagelos sociales y las principales preocupaciones de salud en todo el mundo: una cepa de gripe potencialmente pandémica influenza H1N1 como prueba viral y una bacteria que causa infecciones relacionadas con la cirugía S. epidermidis .
"Nuestros datos indican que un nuevo virus o bacteria se puede examinar contra la pequeña biblioteca de péptidos para descubrir péptidos de unión que se pueden convertir en anticuerpos antivirales y antibacterianos neutralizantes de manera rápida", dijo Diehnelt.
Los siguientes pasos serían preparar el producto final para una administración intravenosa y escalar el sistema para producir suficiente producto para un uso a nivel de toda la población, en caso de que ocurra el próximo Ébola, Zika o brote inesperado.
"Una característica clave y única de nuestra tecnología synbody es que la misma plataforma puede producir sintetizadores con actividad antibiótica o antiviral directa, y podemos hacerlo a una fracción del costo potencial de los anticuerpos terapéuticos actuales producidos comercialmente", dijo Johnston.
Estas son buenas noticias para salvar vidas antes de que ocurra el próximo brote inevitable.
Y para Johnston, que también ha creado compañías basadas en otras tecnologías ASU que ha desarrollado o co-desarrollado, también podría significar un gran negocio además del potencial para salvar vidas. El mercado global de anticuerpos monoclonales terapéuticos y las terapias contra el cáncer sonen alta demanda, con un tamaño de mercado estimado cercano a $ 100 mil millones para 2018.
Este trabajo fue financiado por una subvención de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa W911NF-10-0299 al profesor Stephen Albert Johnston bajo el Programa de Biodefensa de 7 días.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Joe Caspermeyer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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