La chimica dell'UCLA Heather Maynard ha dovuto chiedersi:come fanno organismi come il tardigrado?

Questo animale tozzo e microscopico, noto anche come orso acquatico, può sopravvivere in ambienti in cui la sopravvivenza sembra impossibile. È stato dimostrato che i tardigradi sopportano estremi di caldo, freddo e pressione, e persino il vuoto dello spazio, entrando in uno stato di animazione sospesa e rivitalizzandosi, a volte decenni dopo, in condizioni più ospitali.

Se fosse riuscita a comprendere il meccanismo alla base di questa straordinaria conservazione, secondo Maynard, potrebbe essere in grado di utilizzare le conoscenze per migliorare i farmaci in modo che rimangano potenti più a lungo e siano meno vulnerabili alle tipiche sfide ambientali, ampliando in definitiva l'accesso e apportando benefici alla salute umana.

Si scopre che uno dei processi che proteggono i tardigradi è stimolato da una molecola di zucchero chiamata trealosio, che si trova comunemente negli esseri viventi, dalle piante ai microbi, agli insetti, alcuni dei quali lo usano come zucchero nel sangue. Per alcuni organismi selezionati, come l'orso acquatico e la pianta spinosa della resurrezione, che possono rivivere dopo anni di metabolismo quasi zero e completa disidratazione, il potere stabilizzante del trealosio è il segreto della loro forza soprannaturale.

Forte di questa intuizione, Maynard, un professore di chimica e biochimica che detiene la cattedra del Dr. Myung Ki Hong dell'UCLA in Scienza dei polimeri, ha inventato un polimero a base di zucchero. Il suo polimero, chiamato poli(trealosio metacrilato), o pTrMA, sembra in realtà migliorare la natura nella sua capacità di rendere i farmaci più resistenti ai danni del tempo e della temperatura.

"Abbiamo pensato che se il trealosio potesse stabilizzare interi organismi, questo lo rende un ottimo stabilizzatore", ha affermato Maynard, che è anche direttore associato della tecnologia e dello sviluppo presso il California NanoSystems Institute dell'UCLA. "Tuttavia, non ci si aspettava che il nostro polimero superasse il trealosio."

Con il supporto e la guida dell'UCLA Innovation Fund, un programma progettato per facilitare la commercializzazione di terapie di proprietà dell'UCLA e altre tecnologie relative alla salute, Maynard e il suo team hanno deciso di studiare gli effetti del pTrMA sull'insulina, una "medicina essenziale" dell'Organizzazione mondiale della sanità che molte persone con diabete si iniettano quotidianamente per gestire la malattia.

Se esposte al calore o agitate troppo, le proteine ​​dell'insulina possono aggregarsi in modo tale da gonfiare gli aghi, rendere il medicinale meno efficace o addirittura provocare una reazione dannosa dalle difese naturali dell'organismo. Di conseguenza, l'insulina deve essere maneggiata con cura e trasportata in compartimenti refrigerati.

Di conseguenza, l'insulina che rimane stabile più a lungo senza refrigerazione potrebbe ridurre il costo del farmaco rendendo la logistica meno costosa. E una durata di conservazione prolungata ridurrebbe sia lo spreco di medicinali che le situazioni potenzialmente pericolose in cui l'insulina scaduta fornisce una dose inadeguata. Inoltre, l'insulina potrebbe diventare accessibile ad alcune località remote che sono attualmente fuori dalla portata del trasporto refrigerato.

Una serie di studi condotti da Maynard negli ultimi tre anni ha dimostrato il potenziale di pTrMA. Uno studio recente pubblicato su ACS Applied Materials &Interfaces hanno scoperto che il polimero conservava l'insulina a temperature di quasi 200 gradi Fahrenheit, vicine al punto di ebollizione dell'acqua, e durante quasi un anno di conservazione refrigerata, con l'87% del farmaco rimasto intatto, rispetto a meno dell'8% della sola insulina. Esperimenti di laboratorio sulla sicurezza di pTrMA hanno dimostrato che non ha innescato una risposta immunitaria nei topi.

Uno studio del 2021, sostenuto anche dall'Innovation Fund, ha mostrato che l'insulina più pTrMA ha una viscosità sufficientemente bassa per essere iniettata in sicurezza e la ricerca del 2020 ha dimostrato che una versione di pTrMA progettata per degradarsi all'interno del corpo conservava la capacità di stabilizzare l'insulina.

Una prima scoperta, del 2014, che il pTrMA funziona effettivamente meglio del trealosio come agente conservante non è stata l'unica piacevole sorpresa lungo il percorso. Il team di Maynard in genere progetta polimeri per essere legati chimicamente alle molecole di farmaci, ma nel caso del pTrMA, hanno scoperto che è ugualmente efficace mescolato insieme alle molecole di insulina senza legami chimici.

Maynard sospetta che il polimero abbia un potenziale per un uso più ampio.

"I polimeri di trealosio stabilizzano una vasta gamma di proteine ​​ed enzimi", ha detto. "I vaccini sono una possibilità e pensiamo che i polimeri potrebbero essere una piattaforma tecnologica applicata a una serie di diversi farmaci a base biologica".

Le risorse flessibili del Fondo per l'innovazione hanno concesso a Maynard la libertà di approfondire le questioni più rilevanti nei suoi studi. Questo vantaggio ha finito per funzionare di concerto con un altro:presentazioni agli esperti del settore farmaceutico da parte del gruppo di sviluppo tecnologico dell'UCLA.

Uno di questi esperti ha raccomandato a Maynard di indagare sull'azione del pTrMA nel corpo. Nella sua recente Materiali e interfacce applicative ACS pubblicazione su pTrMA, Maynard e il suo team non hanno riscontrato differenze significative nelle concentrazioni plasmatiche nel tempo tra l'insulina da sola e il farmaco formulato con pTrMA.

"Non è sempre facile trovare finanziamenti per alcuni degli studi sistematici che stiamo conducendo", ha detto Maynard. "L'UCLA Innovation Fund ha accelerato la ricerca e ci ha dato la possibilità di fare perno."

Se il polimero di Maynard riscuotesse un continuo successo come stabilizzante sicuro, i farmaci salvavita fino a quelli quotidiani potrebbero diventare più economici e disponibili in più luoghi. E ne avrà un altro paio da ringraziare:Madre Natura e l'orso acquatico quasi indistruttibile.