(Phys.org)—Utilizzando una semplice interfaccia per computer "trascina e rilascia" e tecniche di autoassemblaggio del DNA, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio per lo sviluppo di farmaci che potrebbe ridurre drasticamente il tempo necessario per creare e testare i farmaci.

Nel lavoro sostenuto da una borsa di studio per la ricerca sull'innovazione per le piccole imprese della National Science Foundation (NSF), ricercatori della Parabon NanoLabs di Reston, Va., ha recentemente sviluppato e ha iniziato a valutare un farmaco per combattere il glioblastoma multiforme del cancro al cervello letale.

Ora, con il supporto di una sovvenzione NSF Technology Enhancement for Commercial Partnerships (TECP), Parabon ha collaborato con Janssen Research &Development, LLC, parte delle aziende farmaceutiche Janssen di Johnson &Johnson, utilizzare la tecnologia per creare e testare l'efficacia di un nuovo farmaco contro il cancro alla prostata.

"Ora possiamo 'stampare, ' molecola per molecola, esattamente il composto che vogliamo, "dice Steven Armentrout, il ricercatore principale sulle sovvenzioni NSF e co-sviluppatore della tecnologia di Parabon. "Ciò che differenzia la nostra nanotecnologia dalle altre è la nostra capacità di e precisamente, specificare il posizionamento di ogni atomo in un composto che progettiamo."

La nuova tecnologia si chiama Parabon Essemblix Drug Development Platform, e combina il loro software di progettazione assistita da computer (CAD) chiamato inSçquio con la tecnologia di fabbricazione su nanoscala.

Gli scienziati lavorano all'interno di inSçquio per progettare pezzi molecolari con specifici, componenti funzionali. Il software quindi ottimizza il progetto utilizzando la griglia di calcolo Parabon, una piattaforma di supercalcolo cloud che utilizza algoritmi proprietari per cercare insiemi di sequenze di DNA in grado di autoassemblare tali componenti.

"Quando si progetta un composto terapeutico, combiniamo la conoscenza dei recettori cellulari che stiamo prendendo di mira o dei percorsi biologici che stiamo cercando di influenzare con una comprensione della chimica di collegamento che definisce ciò che è possibile assemblare, "dice Hong Zhong, ricercatore senior presso Parabon e collaboratore per le sovvenzioni. "È un processo ingegneristico deliberato e metodico, che è molto diverso dalla maggior parte degli altri approcci allo sviluppo di farmaci in uso oggi".

Con le sequenze risultanti, gli scienziati sintetizzano chimicamente trilioni di copie identiche delle molecole progettate. Il processo, dall'ideazione alla produzione, può essere eseguito in settimane, o addirittura giorni, molto più velocemente delle tradizionali tecniche di scoperta di farmaci che si basano su tentativi ed errori per lo screening di composti potenzialmente utili.

Esperimenti in vivo, finanziato dal premio NSF SBIR, convalidato l'approccio, e Parabon hanno depositato un brevetto provvisorio per i suoi metodi e composti il ​​4 maggio, 2011. La domanda finale è stata pubblicata nel 2012.

Il processo è caratteristico della progettazione razionale dei farmaci, uno sforzo per creare prodotti farmaceutici basati sulla conoscenza di come determinati pezzi molecolari funzioneranno insieme in un sistema biologico. Per esempio, alcune molecole sono brave a trovare le cellule cancerose, mentre altri sono bravi ad attaccarsi alle cellule cancerose, mentre altri ancora sono in grado di uccidere le cellule. Lavorando insieme come parte di una molecola più grande, questi pezzi potrebbero rivelarsi efficaci come trattamento del cancro.

Mentre ci sono altri metodi per creare composti multicomponente, generalmente impiegano più tempo, e, più importante, la maggior parte di loro non ha il controllo preciso sulla taglia, carica e il relativo posizionamento dei componenti abilitati dalla nuova tecnologia. La recente sovvenzione TECP ha fornito un supplemento a Parabon per supportare ulteriori ricerche che aiuteranno le nuove tecnologie a soddisfare le richieste del mercato.

Le sovvenzioni TECP sono un meccanismo disponibile per i beneficiari di NSF Phase II SBIR/STTR, aiutandoli a migliorare il loro successo commerciale consentendo loro di costruire partnership con aziende e investitori più grandi. Questi partner generalmente richiedono nuovi prodotti per soddisfare le specifiche e gli standard stabiliti, e i premi supplementari TECP forniscono finanziamenti per la ricerca necessaria per soddisfare tali parametri. Come con Parabon e Janssen, le aziende che collaborano con i beneficiari TECP forniscono input che aiutano a guidare ulteriormente lo sviluppo tecnologico.

"Le partnership sono riconosciute come un fattore critico di successo per le piccole imprese che commercializzano tecnologia, "dice Ruth Shuman, il direttore del programma NSF che sovrintende allo sforzo TECP NSF. "Però, i potenziali partner richiedono spesso specifiche tecniche e dati proof-of-concept come prerequisito per la partnership, requisiti che esulano dalla portata degli obiettivi iniziali delle piccole imprese. Questo finanziamento supplementare consente alle piccole imprese di condurre ulteriori ricerche per soddisfare i requisiti di un partner aziendale, potenzialmente portare a prodotti e servizi commerciali, e una partnership di successo".

I ricercatori di Parabon e Janssen intendono che il loro nuovo farmaco contro il cancro alla prostata superi diversi ostacoli esistenti nel trattamento del cancro. Il design del farmaco combina una tossina con una sostanza chimica che rende le cellule cancerose sensibili a quella tossina. Inoltre, il farmaco incorpora componenti che migliorano la consegna alle cellule tumorali evitando il tessuto sano, e marcatori chimici che consentono ai ricercatori di monitorare l'arrivo del farmaco nei tumori. Per il nuovo composto il tempo totale di progettazione più il tempo di sintesi sarà questione di settimane.

"Attualmente, la maggior parte dei farmaci viene sviluppata utilizzando una tecnica di screening in cui si provano molti composti candidati contro obiettivi per "vedere cosa si attacca", "dice Armentrout. "Invece, stiamo progettando farmaci molto specifici basati sulla loro struttura molecolare, con molecole bersaglio che si legano a recettori su tipi specifici di cellule tumorali. In modo plug-and-play, possiamo sostituire o sostituire qualsiasi componente funzionale, come necessario, per una serie di approcci terapeutici".

Simultaneamente, Parabon sta sviluppando altre applicazioni per la tecnologia, compresi i vaccini sintetici per la biodifesa e le terapie geniche che possono colpire le malattie, sulla base di informazioni provenienti dal genoma di un individuo. La tecnologia ha anche applicazioni al di fuori della medicina, e i co-fondatori di Parabon, Chris Dwyer e Michael Norton, stanno basandosi sul lavoro iniziale supportato da NSF per sviluppare processi per creare porte logiche su nanoscala, dispositivi critici per l'informatica, e nanosensori molecolari.