Molti dei farmaci più promettenti in fase di sviluppo sono proteine, spesso anticorpi, per aiutare i pazienti a combattere le malattie. Queste proteine ​​devono essere purificate come parte del processo di produzione, un'attività che può essere complicata e comportare sprechi costosi.

Gli scienziati hanno lottato per misurare direttamente il movimento delle proteine, nota come diffusione proteica, in materiali che includono componenti sia solidi che liquidi. Sono anche in disaccordo su come il movimento sulla superficie del materiale contribuisce al movimento delle proteine ​​quando si utilizza la cromatografia a scambio ionico, un metodo di laboratorio e di fabbricazione per separare i materiali in base alla loro carica. Le proteine ​​possono insinuarsi nei pori delle perle di resina utilizzate per eseguire la cromatografia a scambio ionico e legarsi alle pareti, in base alla carica.

Ora, un team di ingegneri dell'Università del Delaware, con un collaboratore dell'azienda farmaceutica Amgen, ha dimostrato che la diffusione superficiale nel trasporto delle proteine ​​nelle sfere di scambio ionico dipende dall'affinità di adsorbimento, una misura dell'attrazione tra i due materiali. Sfruttando questa relazione, il team ha sviluppato una procedura per purificare un anticorpo monoclonale, un tipo di molecola che media l'immunità, con una produttività superiore del 43% rispetto al solito.

I risultati della squadra sono stati pubblicati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze a marzo. Gli autori del documento includono Ohnmar Khanal, uno studente di dottorato in ingegneria chimica; Vijesh Kumar, borsista post-dottorato in ingegneria chimica; Fabrice Schlegel, un ingegnere principale ad Amgen; e Abraham Lenhoff, Allan P. Colburn Professore di ingegneria chimica.

"Vi presentiamo un caso molto forte per l'importanza della diffusione superficiale, e utilizziamo molteplici approcci per corroborare la sua importanza attraverso una tecnica semplice che può essere implementata subito, " ha detto Khanal.

Il team ha utilizzato la cromatografia, modellazione meccanicistica, microscopia confocale e diffusione di neutroni a piccolo angolo. Quest'ultimo è stato eseguito presso il Centro nazionale per la ricerca sui neutroni presso l'Istituto nazionale per gli standard e la tecnologia.

Comprendendo e sfruttando la diffusione superficiale delle proteine ​​nella cromatografia a scambio ionico, i ricercatori possono basarsi su questo lavoro e sviluppare metodi per ridurre gli sprechi durante il costoso processo di produzione dei farmaci.

"La cromatografia a scambio ionico delle proteine ​​è un'operazione assolutamente fondamentale nella produzione biofarmaceutica, " disse Lenhoff.

Kumar e Lenhoff stanno ora lavorando a un progetto separato finanziato dall'Istituto nazionale per l'innovazione nella produzione biofarmaceutica, con sede presso l'Università del Delaware, sviluppare modelli matematici di cromatografia, che potrebbero consentire modalità più efficienti di progettazione e sviluppo dei processi di produzione.

I ricercatori possono anche basarsi su questa nuova comprensione fondamentale della diffusione delle proteine ​​e forse applicarla ad altri problemi. La diffusione delle proteine ​​sulle superfici è un fenomeno importante all'interno del corpo, pure. Il movimento e la fibrillazione dell'amiloide-ß nel cervello sono stati associati a malattie neurogenerative, Per esempio, e la diffusione superficiale delle proteine ​​può influenzare le prestazioni dei biosensori.

"Questo è un esempio di come la ricerca fondamentale può portare ad applicazioni pratiche e miglioramenti significativi in ​​tali applicazioni pratiche, " disse Lenhoff.

E tutto è iniziato con un brainstorming, dove Khanal ha suggerito un'indagine più approfondita sulla relazione della diffusione superficiale con l'affinità di legame sulle superfici cariche utilizzando strumenti complementari.

"Quando abbiamo iniziato questo, non avremmo mai pensato di arrivare così lontano, " ha detto Kumar. "E 'iniziato come un'idea molto piccola."