Con gli ospedali che ricorrono più spesso agli antibiotici di ultima istanza per combattere le infezioni e le recenti epidemie di Ebola e Zika che attraversano i confini come mai prima d'ora, la comunità scientifica mondiale è stata sfidata a sviluppare nuovi antimicrobici per salvaguardare la popolazione.

Il braccio di ricerca del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, l'Agenzia del programma di ricerca avanzata per la difesa, o DARPA, è noto per affrontare sfide fuori misura come questa. E così, hanno lanciato un appello ai ricercatori per capire come fare almeno 1000 dosi a qualsiasi agente patogeno sconosciuto - in una settimana.

Una squadra ASU è stata una delle poche che ha raccolto questa sfida.

"Per quanto ne sappiamo, siamo stati l'unico team a capire come farlo per qualsiasi agente patogeno - virus o batterio, " ha affermato il capo della ricerca Stephen Albert Johnston, che dirige il Centro per le Innovazioni in Medicina dell'ASU Biodesign Institute ed è docente presso la Scuola di Scienze della Vita. "Mentre il sistema è progettato per creare antimicrobici in un'emergenza estrema - che speriamo non sia mai necessaria - gli elementi di base possono essere applicati per migliorare gli approcci convenzionali alla produzione di antinfettivi.

"Il mio centro di ricerca prospera nell'intraprendere progetti che la maggior parte pensa non possano essere fatti. Questa sfida era troppo bella per non rispondere".

sentinelle sintetiche

Gli anticorpi sono grandi, Proteine ​​a forma di Y prodotte dal sistema immunitario umano per respingere gli invasori stranieri. I nostri corpi montano rapidamente questa difesa, soprattutto se hanno già visto l'invasore, producendo l'anticorpo necessario entro pochi giorni dall'infezione.

Ma per farli in laboratorio, gli anticorpi specifici per un solo invasore possono richiedere mesi, ed essere una proposta costosa.

Johnston voleva imitare l'approccio della natura riducendo drasticamente la scoperta degli antimicrobici e i tempi di produzione.

Per l'ultimo decennio, Il team di Johnston è stato un pioniere nello sviluppo di versioni realizzate in laboratorio che si concentrano solo sulla parte commerciale degli anticorpi, elementi critici di riconoscimento dei patogeni, chiamati anticorpi sintetici, o sincorpi.

I sinbodies sono costituiti da due brevi frammenti proteici, chiamati peptidi, che si uniscono a formare un piccolo, composto simile all'anticorpo ancora abbastanza grande da svolgere il suo lavoro.

scheggiando

Ma anche il processo di creazione dei corpi sintetici richiede in genere diversi mesi.

I synbodies sono selezionati su chip peptidici contenenti un set prefabbricato di 10, 000 peptidi disposti in file ordinate su un vetrino da microscopio, chiamato microarray.

Per generare un synbody con attività antibiotica, una soluzione contenente batteri o virus può essere posta sul microarray.

"La nostra soluzione per risparmiare tempo è stata quella di pre-selezionare un gran numero di agenti patogeni sul microarray e trovare 100 peptidi che sarebbero stati sufficientemente diversificati in modo che qualsiasi agente patogeno selezionato si legasse a due o più peptidi, " ha detto Chris Diehnelt, un professore di ricerca associato nel centro di Johnston che ha supervisionato gli esperimenti di laboratorio.

Potrebbero accumulare grandi scorte di questi 100 peptidi in anticipo in modo che 1, 000 o più dosi di un medicinale potrebbero essere prodotte rapidamente, screening dei migliori candidati che bloccano un determinato agente patogeno. Questi candidati vengono poi prodotti in grandi quantità, purificato e testato nei topi per la tossicità acuta in modo che l'intero processo venga completato in una settimana.

Per la loro prova di concetto, hanno esaminato un totale di 21 diversi virus e batteri contro i loro array di synbody.

"Abbiamo scoperto che la maggior parte dei peptidi riconosceva un agente patogeno, " disse Diehnelt.

Inoltre, hanno testato il loro sistema contro due agenti patogeni sconosciuti che non sono stati utilizzati nello studio.

"I dati hanno mostrato che questo array può potenzialmente identificare peptidi leganti per un dato agente patogeno, " disse Diehnelt.

Un colpo al braccio

"Con questo approccio, decine o addirittura centinaia di synbodies possono essere prodotti in un giorno, " ha detto Johnston.

I migliori candidati vengono rapidamente valutati sia per l'uccisione efficace che per la tossicità per l'uomo e possono essere prodotti su larga scala.

Finalmente, il loro sistema è stato testato contro due flagelli della società e importanti problemi di salute in tutto il mondo:un ceppo influenzale potenzialmente pandemico (influenza H1N1) come test virale e un batterio che causa infezioni correlate alla chirurgia, S. epidermidis .

"I nostri dati indicano che un nuovo virus o batterio può essere sottoposto a screening contro la piccola libreria di peptidi per scoprire peptidi leganti che possono essere convertiti rapidamente in composti antivirali e antibatterici neutralizzanti, " disse Diehnelt.

I prossimi passi sarebbero preparare il prodotto finale per una consegna IV, e per ampliare il sistema per produrre abbastanza prodotto per un uso a livello di popolazione ——se la prossima Ebola, Zika o si verificano focolai imprevisti.

"Una chiave, caratteristica unica della nostra tecnologia synbody è che la stessa piattaforma può produrre synbody con attività antibiotica o antivirale diretta, e possiamo farlo ad una frazione del costo potenziale come attuale, anticorpi terapeutici prodotti commercialmente, " ha detto Johnston.

Questa è una buona notizia per salvare vite prima che si verifichi la prossima inevitabile epidemia.

E per Johnston, che ha anche creato società basate su altre tecnologie ASU che ha sviluppato o co-sviluppato, potrebbe anche significare grandi affari oltre al potenziale per salvare vite umane. Il mercato globale degli anticorpi monoclonali terapeutici e le terapie contro il cancro sono molto richiesti, con una dimensione di mercato stimata vicino a $ 100 miliardi per il 2018.