I farmaci ottenuti da frammenti proteici arrotolati potrebbero fornire una nuova presa su malattie difficili da trattare come il cancro, ma sono difficili da progettare. Ma una nuova tecnica, sviluppato presso l'Università del Michigan, potrebbe cambiarlo.

Può sfruttare i batteri per produrre miliardi di diversi farmaci candidati che non si sfaldano rapidamente all'interno del corpo.

Alcuni farmaci antitumorali avanzati prendono di mira le cellule tumorali con marcatori immunitari che si attaccano all'esterno delle cellule tumorali, ad esempio. Ma questi marcatori immunitari sono grandi, operando tra le cellule piuttosto che al loro interno. Per distruggere le cellule cancerose dall'interno, il medicinale deve essere abbastanza piccolo da entrare nella cellula.

Però, i normali farmaci a piccole molecole non possono colpire le proteine ​​messaggere con superfici lisce. È necessario un nuovo tipo di farmaco.

"È un principio di riccioli d'oro, " ha detto Greg Thurber, professore associato di ingegneria chimica, che ha condotto i lavori. "Il farmaco deve essere abbastanza piccolo da entrare nelle cellule ma abbastanza grande da afferrare le proteine ​​​​all'interno delle cellule che non interagiscono con i normali farmaci a piccole molecole".

Frammenti di proteine, noti come peptidi, potrebbe colmare questa lacuna. Sono abbastanza piccoli da scivolare all'interno delle cellule ma abbastanza complessi da legarsi alle proteine ​​lisce.

Un esempio di target "indistruttibile" è MDM2, una proteina che mette da parte un'altra proteina conosciuta come il "guardiano del genoma". Questo guardiano, noto come p53, interrompe la divisione cellulare quando insorgono mutazioni genetiche, guadagnare tempo per la riparazione del DNA. Può anche avviare l'autodistruzione se il genoma è in cattive condizioni. È la nostra difesa contro il cancro in prima linea.

Però, le cellule tumorali reagiscono producendo in eccesso l'inibitore di p53, MDM2, che si lega a p53 e gli impedisce di fare il suo lavoro. Ma se qualcosa intercetta l'MDM2 prima di legare il p53, le cellule cancerose potrebbero fare un favore a tutti e autodistruggersi.

Questa è solo una delle terapie che potrebbero essere possibili con i peptidi. E il team di UM ha sviluppato un modo per progettarli. L'innovazione chiave è come il team di Thurber ha stabilizzato i peptidi, che sono inclini a cadere a pezzi in ambienti complessi come il corpo umano.

"Il peptide è come uno Slinky, ma leghi insieme i collegamenti in modo che non si allunghino. Questo è quello che facciamo chimicamente, ", ha detto Thurber.

Il legame consente di costruire diversi peptidi candidati al farmaco con batteri invece di utilizzare organismi più semplici, come i fagi, che sono essenzialmente virus per batteri. I fagi producono solo cinque peptidi alla volta, piuttosto che il 10, 000 o giù di lì che i batteri possono produrre.

I peptidi sui batteri sono così abbondanti che i ricercatori possono vedere come funzionano bene sul batterio. In contrasto, il metodo dei fagi richiede ulteriori passaggi ad alta intensità di lavoro per scoprire quanto bene si legano i peptidi e se si sfaldano facilmente.

Il team di Thurber ha utilizzato i batteri E. coli per costruire centinaia di milioni di peptidi con variazioni casuali, cercando quello che fosse il migliore nel legare MDM2. Le istruzioni per i peptidi sono state scritte in anelli di codice genetico che i ricercatori hanno inserito nei batteri, inducendo i batteri a produrre i peptidi sulle loro membrane cellulari.

I legami erano costituiti da molecole sintetiche che i batteri scambiavano con un blocco costitutivo peptidico che non potevano produrre. A differenza dei legami precedenti incorporati nei peptidi costruiti dai fagi, le molecole sintetiche non si legheranno ad altre molecole dentro e intorno ai batteri. È un esempio di "clic chimica, "Enclavi ordinate nel mondo disordinato della chimica organica in cui le molecole reagiscono in modo affidabile insieme ma sono altrimenti inerti.

"Il problema era che la reazione per legare insieme le bobine ha ucciso i batteri, " disse Tejas Navaratna, un dottorato di ricerca studente in ingegneria chimica presso la U-M e primo autore dello studio nel Giornale della Società Chimica Americana . "Abbiamo passato mesi a cercare di ottimizzare la reazione in modo che i batteri sopravvivessero, ma alla fine ci siamo resi conto che avremmo dovuto estrarre il DNA che codificava i nostri migliori peptidi e aggiungerlo a Fresh, batteri vivi”.

Ogni batterio ha prodotto un peptide diverso, consentendo al team di testare centinaia di milioni di progetti diversi. Per scoprire se i peptidi hanno funzionato, i ricercatori hanno mescolato MDM2, attaccato a molecole fluorescenti, con i batteri. Le cellule che si sono illuminate stavano producendo un farmaco potenzialmente utile.

Sebbene questa tecnica sia particolarmente interessante per trovare nuovi farmaci antitumorali, i peptidi arrotolati sono in fase di esplorazione per la gestione del diabete e dell'HIV. La sfida principale è portare i peptidi nelle cellule, che è un problema che il team di Thurber sta attualmente perseguendo.