L'imaging microscopico mostra come il taglio degranula le particelle che sono state rivestite in Dendripeps. Credito:North Carolina State University
Man mano che i superbatteri diventano sempre più pericolosi per la salute umana, i ricercatori di NC State hanno sviluppato un materiale morbido che preserva i farmaci in grado di trattare le infezioni senza il rischio di resistenza antimicrobica.
Con il collega Christopher Gorman del Dipartimento di Chimica e gli studenti Ryan Smith e Juliana O'Brien, Stefano Menegatti, docente universitario e professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare, ha sviluppato nuovi dendrimeri, macromolecole altamente strutturate, che fungono da collante intorno ai modelli di nanoparticelle. Tali modelli includono batteriofagi, che sono virus che possono infettare e attaccare i batteri nocivi nel corpo. Sebbene possano essere un'alternativa agli antibiotici tradizionali, possono essere difficili da formulare e stabilizzare come medicinale. Per rimanere sicuri ed efficaci, i batteriofagi terapeutici devono essere protetti dai cambiamenti ambientali.
Menegatti e il suo team hanno scoperto che i dendrimeri combinati con brevi catene di amminoacidi, o peptidi, possono circondare le nanoparticelle e mantenerle stabili in una varietà di condizioni. Il loro team chiama questi dendrimeri DendriPeps. Poiché le nanoparticelle sono sospese in acqua, questi DendriPep solubili le mantengono in un sistema chiuso e stabile.
"Questi rivestimenti dendrimeri mantengono il contenuto di acqua all'interno di un virus mentre agiscono come una spugna protonica, proteggendo il virus dal sale o dai cambiamenti del pH", ha detto Menegatti. "È una barriera morbida ma impermeabile. Mantiene un ambiente piacevole per il virus."
Una volta che i DendriPep hanno rivestito le nanoparticelle, il taglio localizzato ne innesca il rilascio e la loro attività terapeutica. I materiali morbidi possono essere progettati per rispondere fisicamente e chimicamente a stimoli come temperatura, pressione e umidità. Il taglio è uno stimolo ideale per le applicazioni di somministrazione di farmaci perché è quasi onnipresente in tutto il corpo. Le palpebre causano un taglio quando sbattono le palpebre; i rifiuti tagliano la parete intestinale durante la digestione; il taglio si crea quando si strofina qualcosa sulla pelle. Ciò consente a DendriPep di trattare le infezioni locali.
"Il taglio è spesso uno stimolo dimenticato", ha detto Menegatti. "Con questa invenzione, volevamo colmare questa lacuna e Dendripeps ha offerto un'incredibile opportunità per farlo."
When a cluster of DendriPep-coated nanoparticles is sheared, it degranulates, releasing the single particles. These particles can in turn release a therapeutic payload, or, like the bacteriophages, infect and kill dangerous bacteria. When therapeutic action is not needed, shear is removed and the particles are recoated with DendriPeps and recluster. This stops the payload release.
This formulation can protect bacteriophages. This offers a way of replacing antibiotics in some critical applications:The widespread use of antibiotics has developed superbugs—bacteria that are resistant to standard doses of antibiotics. The research team is also developing more DendriPep-based nanomedicines to deliver new drugs like viral vectors in gene therapy.
In the past few years, Menegatti has been honored as a Goodnight Early Career Innovator and an NC State Faculty Scholar. He has also received an ALCOA Foundation Research Achievement Award, a Chancellor's Innovation Fund grant, and an NSF Early Career award. Currently, his research has shifted toward gene therapy manufacturing technology and creating more efficient production processes. It's in a similar vein to his dendrimer research:He's seeking ways to overcome natural and systematic hurdles in biomedicine. His goal is to improve manufacturing of and access to better medicine.
"DendiPeps could be the missing link in material sciences to make therapeutic viruses the center of the next-generation antimicrobials and drugs," Menegatti said. + Esplora ulteriormente
