I ricercatori della Carnegie Mellon University hanno sviluppato metodi che accelerano il processo di sviluppo di molecole sintetiche e biologiche legate chimicamente di oltre 10 volte in condizioni naturali. Le scoperte, che sposano biologia e chimica, potrebbe rendere la produzione di bioconiugati per l'uso in biomedicina, scienza dei materiali, e altri campi più efficienti ed economici.

I bioconiugati si formano quando una molecola biologica è unita ad un'altra molecola utilizzando legami covalenti. Per esempio, nel caso di farmaci biologici, come l'interferone, il farmaco è collegato a polimeri che agiscono come un mantello di nano-armatura che protegge il farmaco dai danni fino a quando non raggiunge il suo bersaglio.

Pur promettendo, produrre bioconiugati è stato costoso, richiede tempo e difficile da controllare.

Alan Russel, l'Highmark Distinguished Career Professor, professore di ingegneria chimica, e direttore del Disruptive Health Technology Institute di Carnegie Mellon, e Krzysztof Matyjaszewski, il professore di scienze naturali della J.C. Warner University e professore di chimica, hanno scoperto come accelerare il processo ed eseguire la chimica di questo processo in condizioni veramente naturali. Russell e Matyjaszewski co-dirigono il Center for Polymer-Based Protein Engineering presso Carnegie Mellon.

I bioconiugati sono tradizionalmente realizzati in soluzione, e la purificazione dopo ogni passaggio può richiedere giorni o settimane. Anche nelle mani di uno scienziato esperto, può volerci una settimana per fare alcuni coniugati.

Russell e Matyjaszewski hanno riprogettato la chimica per produrre bioconiugati per ridurre significativamente il tempo di sintesi e purificazione e hanno reso l'approccio così semplice che anche i non esperti potrebbero creare bioconiugati. Il lavoro, eseguito da un team di Carnegie Mellon con Russell, Matyjaszewski, dottoranda Stefanie Baker, e i ricercatori Hironobu Murata e Sheiliza Carmali—si basa su una tecnica chiamata Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), un nuovo metodo di sintesi dei polimeri sviluppato dal laboratorio di Matyjaszewski che ha rivoluzionato il modo in cui vengono prodotte le macromolecole.

In un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura , hanno introdotto il nuovo metodo di far crescere polimeri su proteine, noto come Protein-ATRP su supporto di immobilizzazione reversibile (PARIS). Utilizza una tecnica di "innesto da" che controlla in modo squisito la crescita dei peli molecolari sintetici dalla superficie delle proteine. Questi peli possono formare una forte nano-armatura che protegge la biomolecola.

Russell e Matyjaszewski hanno anche recentemente pubblicato un importante progresso nella creazione di bioconiugati utilizzando ATRP in Angewandte Chemie Edizione Internazionale . L'ATRP è altamente sensibile all'ossigeno atmosferico, che ne limita l'uso in condizioni naturali. Questo articolo, co-autore del postdottorato Alan Enciso e della dottoranda Liye Fu, delinea un nuovo metodo, noto come "respirazione ATRP, " che è completamente tollerante all'ossigeno.

"L'idea di base è stata ispirata dai cicli di respirazione classici operanti nelle cellule, "dice Matyjaszewski, in un articolo per Nature Reviews Chemistry. "Questo è il primo esempio di un prodotto completamente tollerante all'ossigeno, ATRP ben controllato."

Questi nuovi metodi per coltivare polimeri e proteggere le proteine ​​hanno il potenziale per influenzare molti aspetti della nostra vita quotidiana.

"Molte persone usano gli enzimi nella loro vita quotidiana, " dice Russell. "Usiamo proteine ​​ed enzimi nei detersivi per bucato, produzione di birra, fabbricazione della carta, medicinali, e molto di più. Il nostro lavoro mira a migliorare l'impatto che queste proteine ​​hanno su tutte le nostre vite".

La ricerca pubblicata su Comunicazioni sulla natura è stato finanziato dal Carnegie Mellon University Center for Polymer-Based Protein Engineering.

La ricerca pubblicata su Angewandte Chemie è stato finanziato dalla National Science Foundation (1707490), il Consiglio messicano per la scienza e la tecnologia e il Centro universitario Carnegie Mellon per l'ingegneria delle proteine ​​a base di polimeri.