Teknologi, der simulerer komplekse molekylære interaktioner, kan føre til bedre behandlinger for kræft og COVID-19

Et team ledet af University of Minnesota Twin Cities biomedicinske ingeniører har udviklet en universelt tilgængelig applikation, der kan simulere komplekse molekylære interaktioner, som vil give forskere mulighed for at designe bedre behandlinger for sygdomme som kræft og COVID-19.

Artiklen bygger på en undersøgelse, som forskerne offentliggjorde i 2019. Nu har de udvidet teknologien til at simulere endnu mere komplekse molekylære interaktioner, gjort applikationen nem for ikke-eksperter at bruge og anvendt deres resultater til at kaste lys over, hvordan SARS -CoV-2 virus inficerer kroppen.

Undersøgelsen er publiceret i Nature Communications , og appen, kaldet MVsim, er frit tilgængelig for andre forskere på GitHub.

Simulatoren forudsiger styrken, hastigheden og selektiviteten af ​​multivalente interaktioner, som involverer molekyler, der har flere bindingssteder og kan bruges til at udvikle medicin mod sygdomme, især cancer og COVID-19.

"Multivalente interaktioner er virkelig vigtige i naturlige biologiske systemer, og de begynder nu at blive kreativt udnyttet til at skabe nye terapeutiske lægemidler, der udnytter deres unikke bindingsegenskaber," siger Casim Sarkar, seniorforfatter af papiret og professor ved University of Minnesota Institut for Biomedicinsk Teknik.

"Med multivalente lægemidler kan man i princippet målrette celler meget specifikt på en måde, som ikke er mulig med standard, monovalente lægemidler, men der er mange variabler at tage hensyn til i deres design, og meget af arbejdet på området er gjort indtil nu. gennem eksperimentel forsøg og fejl," tilføjede Sarkar. "Nu ved hjælp af MVsim er vi i stand til at lave gode forudsigelser, der kan bruges til mere rationelt at designe sådanne terapier."

Mange kræftlægemidler binder sig ikke kun til tumorceller, men også til celler, som de ikke er beregnet til at målrette mod, hvilket ofte skaber uønskede bivirkninger for patienten. Ved at optimere specificiteten af ​​multivalente interaktioner ved hjælp af MVsim kan forskere designe lægemidler, der mere specifikt er målrettet mod cellerne i en tumor og samtidig minimerer binding til andre celler i kroppen.

Et andet eksempel er SARS-CoV-2-virus. Forskere ved, at virussen udvikler sig til bedre at inficere vores celler og undgå vores immunsystem, men de molekylære mekanismer bag, hvordan virussen gør dette, er relativt ukendte. Ved at bruge deres MVsim-teknologi var forskere fra University of Minnesota i stand til at udforske denne proces mere i dybden og afdække de hastigheder, hvormed individuelle bindingsdomæner inden for virusets multivalente spidsprotein skifter mellem en celle-inficerende tilstand og en immunundvigende tilstand.

"We essentially have a computational microscope that allows us to look under the hood and see what multivalent proteins such as the SARS-CoV-2 spike protein are doing at a molecular level," Sarkar explained. "This level of molecular detail is hard to capture with a physical experiment. One of the real powers of MVsim is that we can not only learn more about how these systems work but we can also use this tool to design new multivalent interactions for diseases like cancer and COVID-19."

The researchers have already identified potential ways to limit the infectivity of current and future SARS-CoV-2 variants, which they plan to test soon. + Udforsk yderligere

Konstrueret multivalent selvsamlet bindeprotein mod SARS-CoV-2 RBD