Nel tentativo di aumentare la letalità del Soldato, I ricercatori dell'esercito stanno sviluppando recettori di bioriconoscimento in grado di fornire prestazioni coerenti in ambienti multidominio con la capacità di raccogliere valutazioni in tempo reale della salute e delle prestazioni dei soldati.

"L'esercito dovrà essere più adattabile, più spedizionieri e hanno una domanda logistica vicina allo zero, ottimizzando al tempo stesso l'esecuzione da individuo a squadra in ambienti operativi sfaccettati, " ha detto il dottor Matt Coppock, chimico e capo squadra per il laboratorio di ricerca dell'esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti, il laboratorio di ricerca aziendale dell'esercito noto come ARL. "Si può immaginare che il monitoraggio in tempo reale della salute e delle prestazioni, oltre a rilevare le minacce ambientali attuali ed emergenti, potrebbe essere un insieme di strumenti chiave per renderlo possibile".

Scienziati dell'ARL, in collaborazione con ricercatori del California Institute of Technology e Indi Molecular, Inc., sviluppato una cattura catalizzata da proteine, o PCC, tecnologia degli agenti che migliora le versioni precedenti dei recettori e potrebbe consentire il monitoraggio dei dati personali e ambientali dei soldati sul campo. La ricerca, finanziato dall'Istituto di Biotecnologie Collaborative dell'Esercito dal 2012, è presentato in un articolo di revisione completo per Recensioni chimiche .

"La tecnologia PCC ha dimostrato miglioramenti nella stabilità del recettore, adattabilità e producibilità rispetto ai recettori anticorpali standard, e supporta il Soldier Lethality Cross-Functional Team come tecnologia potenzialmente praticabile per monitorare le prestazioni del Soldato tramite biomarcatori pertinenti collezionabili da sensori indossabili, " disse Coppola.

I recettori biologici sono integrati in un biosensore per catturare selettivamente un bersaglio di interesse da una miscela complessa come il sangue, sudore, salvia, eccetera., per produrre l'effetto misurabile dal sensore, Egli ha detto.

"Senza il recettore, sarebbe impossibile sapere che stai rilevando ciò che vuoi rilevare, " disse Coppola.

Gli anticorpi raccolti da animali iniettati con il bersaglio di interesse vengono utilizzati come recettori nei sensori biologici a causa della loro elevata forza di legame e selettività per il bersaglio.

"Il lavoro del recettore gold standard si basa sugli anticorpi, che sono fantastici per acquisizione e selettività del bersaglio, ma le loro capacità di rilevamento sono alquanto limitate a causa della loro instabilità, durata di conservazione limitata e variazione delle prestazioni da lotto a lotto, " disse Coppola.

Il team di ricerca ha sviluppato un approccio diverso e più innovativo.

"In alternativa, i recettori a base di peptidi sono più piccoli, più semplice da produrre, poco costoso e molto più robusto alle sollecitazioni ambientali, pur mantenendo le proprietà leganti desiderabili di un anticorpo, " disse Coppola.

I recettori utilizzati dal gruppo di ricerca sono in grado di mantenere quasi tutta l'attività dopo essere stati riscaldati per un'ora a 90 gradi Celsius, considerando che molti anticorpi sono completamente inattivi entro pochi minuti dopo il riscaldamento fino a più di 70 gradi Celsius.

"Utilizziamo un approccio completamente sintetico allo sviluppo dei recettori, che consente un controllo molto maggiore sull'incorporazione di elementi costitutivi unici per garantire stabilità e consentire modifiche dirette per l'integrazione del sensore, " disse Coppola.

Il team ha costruito un'infrastruttura completa di capacità che consente loro di sviluppare completamente il sintetico, recettori a base di peptidi in casa presso il laboratorio, su richiesta e in qualsiasi quantità sia necessaria attraverso sintetizzatori di peptidi ampiamente disponibili.

"Tutti gli aspetti della tecnologia sono progrediti durante la collaborazione culminando in una metodologia di sviluppo ad alto rendimento, " Ha detto Coppock. "Questi aspetti includevano il ripensamento delle strategie di targeting, aggiornamento dei costrutti della libreria, automatizzando le fasi di screening e caratterizzando contemporaneamente le prestazioni di un massimo di 100 diverse sequenze peptidiche".

I ricercatori sono ora in grado di sviluppare completamente un recettore dall'inizio alla fine in appena due o tre settimane una volta identificato l'obiettivo di interesse, Egli ha detto. Questo processo in precedenza richiedeva dai cinque ai sei mesi.

"Gli attuali programmi dell'esercito sono in corso per determinare importanti marcatori biologici correlati alla salute e alle prestazioni dei soldati, quindi stabilire la capacità di un rapido sviluppo dei recettori consentirà al laboratorio di tenere il passo e far progredire la scoperta e l'analisi dei biomarcatori, " disse Coppola.

Il team ha notato che la ricerca continua a rendere più rapido il processo di progettazione e selezione di nuovi reagenti per rendere questi sensori più facili da produrre su richiesta. Inoltre, L'ARL sta attualmente coordinando gli sforzi per rispondere alle esigenze di rilevamento delle prestazioni umane e della sicurezza alimentare e dell'acqua.

Altre potenziali applicazioni di questi recettori includono la sorveglianza delle minacce biologiche ambientali, diagnostica e terapia sanitaria, che potrebbe avere un impatto significativo sul combattente.

Questa tecnologia ha suscitato molto interesse nella comunità scientifica e tecnologica dell'esercito, come i colleghi ricercatori del CCDC Soldier Center, Centro chimico biologico del CCDC e Comando medico dell'esercito.

In precedenza, questa ricerca collaborativa ha maturato recettori biologici dal Technology Readiness Level, o TRL-2, a TRL-4, compresa la riuscita integrazione in più piattaforme di analisi per il rilevamento biologico rinforzato in ambienti austeri e la transizione dei reagenti al CCDC CBC.