Una tecnica sviluppata dai professori associati di chimica e biochimica dell'Università di Miami Dominik Konkolewicz e Rick Page può aiutare a consentire uno sviluppo più rapido ed efficiente di nuovi materiali da utilizzare nei prodotti farmaceutici, biocarburanti, e altre applicazioni.

La tecnica di Konkolewicz e Page utilizza la tecnologia di risonanza magnetica nucleare (NMR) per illuminare il modo in cui proteine ​​e polimeri sintetici interagiscono in sostanze chimiche note come bioconiugati.

Perché i bioconiugati sono utili

Le proteine ​​possono essere utilizzate per catalizzare reazioni chimiche utili in molte applicazioni. Per esempio, gli enzimi proteici sono usati per produrre sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio e l'insulina è usata per trattare il diabete. Ma alcune proteine ​​sono attive solo per un tempo molto breve o si degradano facilmente, quindi non è pratico o conveniente usarli. I bioconiugati proteici superano i limiti delle proteine ​​legando molecole sintetiche, spesso polimeri, alla proteina.

"Le proteine ​​hanno prestazioni fantastiche, "Konkolewicz dice, "ma non c'è molta flessibilità nella chimica che possiamo inserire in una proteina. I polimeri offrono un'enorme diversità di struttura e funzione che possiamo incorporare per prolungare la vita della proteina o migliorare la sua capacità di resistere a condizioni estreme".

Esiste già uno sviluppo commerciale di bioconiugati, come coniugati anticorpo-farmaco usati per trattare il cancro, anche se le linee guida su come migliorare le prestazioni di queste sostanze rimangono elusive.

Sviluppare nuovi, bioconiugati utili è spesso difficile e costoso perché il processo si basa tradizionalmente su tentativi ed errori:gli scienziati lanciano molti candidati polimerici contro un proverbiale muro di proteine ​​per vedere cosa "si attacca" sotto forma di prestazioni migliorate. Ma proprio come non ha senso lanciare una pallina da tennis contro un muro di lastre aspettandosi che si attacchi, non ha senso lanciare certi polimeri su certe proteine ​​aspettandosi che si attacchino.

Accelerare lo sviluppo attraverso una progettazione razionale

Comprendiamo la natura delle palline da tennis e del muro a secco abbastanza bene da sapere che "attaccare" non è un possibile risultato della loro interazione, ma Page afferma che non sempre gli scienziati comprendono la natura delle proteine ​​e dei polimeri abbastanza bene da fare previsioni simili quando si tratta di bioconiugazione.

"In molti casi, conosciamo la struttura della proteina, ma non conosciamo la struttura del polimero. Non sappiamo che forma sia, dove si lega alla proteina, o come si avvolge o interagisce con la proteina, "Pagina dice.

cosa è necessario, Konkolewicz e Page dicono, è un insieme di regole che consentirebbero la progettazione razionale di nuovi bioconiugati. Tali regole permetterebbero ai chimici di osservare la struttura di una proteina bersaglio e progettare una molecola polimerica della giusta dimensione, forma, e funzione per adattarlo in modo specifico.

"Sarebbe bello poter dire, 'Va bene, ecco la proteina che ho. Ecco i modi in cui ho bisogno per stabilizzarlo, ed ecco i tipi di polimeri che possiamo usare per questo, '" dice la pagina.

La tecnica che Page e Konkolewicz hanno sviluppato è il primo passo per consentire l'istituzione di un tale insieme di regole.

Mentre le precedenti tecniche per esaminare le interazioni tra proteine ​​e polimeri nei bioconiugati facevano affidamento, ad esempio, fasci di neutroni - apparecchiature molto costose disponibili in un numero limitato di strutture in tutto il mondo - la tecnica dei chimici di Miami utilizza la tecnologia di risonanza magnetica nucleare (NMR) prontamente disponibile. La chiave della tecnica è posizionare gruppi di segnalazione sui polimeri sintetici. Questi gruppi di segnalazione agiscono come dei fari, permettendo ai ricercatori di vedere quanto un polimero è vicino a una proteina, quando il bioconiugato si trova in uno strumento NMR.

L'accessibilità della tecnologia NMR è importante perché aumenta notevolmente la capacità della comunità di ricerca di fare scoperte.

"Non possiamo guardare da soli ogni proteina rilevante, " Konkolewicz dice. "Dovremmo vivere per 500 anni per farlo. Rendendolo accessibile, permettiamo ad altri gruppi di esaminare le loro proteine ​​di interesse:proteine ​​catalitiche, come il nostro laboratorio si concentra su, o proteine ​​terapeutiche, o qualunque tipo studino. Questa tecnica fornisce scala."

Una svolta resa possibile dall'ambiente unico di Miami

Fondamentalmente, La tecnica di Konkolewicz e Page consente ai chimici di tutto il mondo di collaborare alla definizione di una serie di regole di progettazione per guidare uno sviluppo più rapido di bioconiugati che siano sia efficaci che convenienti per l'uso in applicazioni industriali, compresi prodotti farmaceutici e biocarburanti. Questo è un risultato appropriato per uno sforzo di ricerca che è nato dalla collaborazione.

È stato storicamente raro che scienziati di diversi sottocampi si unissero come Konkolewicz, un chimico sintetico, e pagina, un biochimico, avere. Konkolewicz e Page affermano che il loro progresso è dovuto al fatto che la Miami University promuove la collaborazione e incoraggia l'esplorazione attraverso una vasta gamma di competenze.

"L'ambiente che abbiamo qui a Miami, e la capacità e l'incoraggiamento per i gruppi a collaborare tra loro qui, ci ha davvero creato l'ambiente giusto per elaborare questa tecnica rivoluzionaria, "Pagina dice.

Un altro aspetto dell'ambiente unico di Miami è il profondo coinvolgimento degli studenti universitari nella ricerca. Quattro studenti universitari dei laboratori di Konkolewicz e Page sono stati nominati come autori di un articolo che riportava la loro tecnica, che è stato recentemente pubblicato sulla rivista di punta ad accesso libero Royal Society of Chemistry Scienze chimiche .