Con un sacco di duro lavoro e un pizzico di sale, Gli scienziati della Rice University hanno compiuto un passo verso la semplificazione della produzione di farmaci.

La chimica del riso Christy Landes e i suoi colleghi hanno riferito nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze la loro strategia per rendere più efficiente la separazione delle proteine ​​basata su membrane polimeriche.

"Costa circa 3 miliardi di dollari portare al consumatore un farmaco a base di una proteina biologica, "Ha detto Landes. "E circa la metà di ciò può essere dovuto al fatto che la purificazione viene eseguita per tentativi ed errori. Miliardi di dollari vengono sprecati ogni anno perché non c'è modo di progettare in modo predittivo uno schema di separazione per una proteina".

Il laboratorio Rice sta sviluppando modelli per prevedere come la regolazione del comportamento delle singole proteine ​​alle interfacce di membrana influenzerà la separazione.

Attraverso la loro ricerca, hanno scoperto come usare il sale per sintonizzare due interazioni distinte tra un supporto di fase stazionaria in nylon e una proteina modello, transferrina, aiuta a rendere più efficienti le separazioni.

I ricercatori si sono concentrati sul sale, perché la "salatura" è un passaggio comune in cromatografia, un processo standard del settore mediante il quale gli elementi di una soluzione sono separati, o "purificato". I filtri possono essere materiale naturale come il suolo, assorbenti come cellulosa o, sempre più, polimeri, compreso il nylon.

"Pensa a questi filtri come alle fermate lungo un'autostrada, " ha detto il co-autore Logan Bishop, che ha combinato le sue simulazioni con gli esperimenti dell'autore principale Nicholas Moringo. Entrambi sono borsisti laureati della National Science Foundation (NSF) alla Rice.

"La prima tappa separa i grandi impianti, alla prossima fermata arrivano i camioncini, e alla fine ti rimangono solo le macchine normali che vuoi, " disse Bishop. "Qui, stiamo parlando di tutte le diverse forze che separano i diversi componenti mentre una miscela si muove attraverso la colonna".

Il sale disciolto crea ioni solvatati che interagiscono con le proteine ​​e le sintonizzano per arrestarsi e interagire con la colonna cromatografica o spostarsi attraverso la colonna. Al termine della salatura, la proteina desiderata può essere estratta dalla colonna con un solvente e resa disponibile per ulteriori passaggi di purificazione.

Il modo esatto in cui il sale influenza la separazione è solo una domanda a cui i ricercatori sperano di rispondere attraverso i loro esperimenti e simulazioni. "La cosa più importante che abbiamo fatto in questo articolo è stata coniugare le osservazioni delle singole proteine ​​che interagiscono all'interfaccia del nylon con la comprensione di come interagiscono esattamente, " Landes ha detto. "Le nostre simulazioni ora ci permettono di prevedere le migliori efficienze di separazione in condizioni realistiche".

I ricercatori hanno identificato forze in competizione sulla superficie del nylon che potrebbero essere regolate dalla concentrazione di sale. Le osservazioni hanno rivelato che le proteine ​​​​di transferrina ripiegate tendevano a saltellare intorno al nylon, ma si aprono parzialmente una volta attaccati alla membrana. Concentrazioni di sale più elevate li spiegano ancora di più, diminuendo il salto e consentendo alle interazioni della membrana di migliorare l'efficienza di separazione.

"Il sale sintonizza la distribuzione di questi due modi di interagire, e cambia anche la struttura della proteina all'interfaccia, "Ha detto Landes. "Ma sono ciascuno solo una parte della competizione su scala micro che ti dà l'effetto macroscopico. Ecco perché è così costoso ottimizzare il processo con tentativi ed errori".

"Vorremmo essere in grado di testare una libreria di sostanze chimiche di superficie in condizioni diverse in un colpo solo su un vetrino coprioggetto, così possiamo identificare le condizioni ideali per la separazione, " ha detto Moringo. "Poi possiamo usare la simulazione per prevedere quale risposta combinatoria sul tuo chip sarà quella giusta per ottimizzare la separazione".

Ci vorranno anni prima che le simulazioni incorporino tutti i parametri possibili, ma è un viaggio che vale la pena intraprendere per migliorare la progettazione e la produzione di farmaci, Vescovo ha detto. "Il modello non è abbastanza complesso, e c'è un argomento che non saremo mai in grado di eguagliare la complessità del processo cromatografico, ", ha detto. "Ma la nostra speranza è che possiamo ottenere un'approssimazione abbastanza vicina per iniziare a ridurre alcuni di quei costi e avvicinarci a una soluzione reale".

Landes ha notato che le aziende farmaceutiche hanno padroneggiato le loro tecniche attuali, per quanto vanno. "Nessuno sa meglio degli ingegneri industriali come ottimizzare un processo per ottenere il maggior numero di risultati con la minor quantità di denaro, finché rimangono sulla strada che seguono da 70 anni, " ha detto. "Ma ci stiamo muovendo su un percorso di trasformazione. A questo serve la ricerca accademica".