Ny teknik fremskynder produktionen af ​​protein nano-panser

Forskere fra Carnegie Mellon University har udviklet metoder, der fremskynder processen med at udvikle kemisk forbundne syntetiske og biologiske molekyler med mere end 10 gange under naturlige forhold. Fundene, som gifter sig med biologi og kemi, kunne lave produktionen af ​​biokonjugater til brug i biomedicin, materialevidenskab, og andre områder mere effektive og omkostningseffektive.

Biokonjugater dannes, når et biologisk molekyle forbindes med et andet molekyle ved hjælp af kovalente bindinger. For eksempel, i tilfælde af biologiske lægemidler, som interferon, stoffet er forbundet med polymerer, der fungerer som en kappe af nano-panser, der beskytter stoffet mod skade, indtil det når sit mål.

Mens det lover, at lave biokonjugater har været dyrt, tidskrævende og svær at kontrollere.

Alan Russell, Highmark Distinguished Career Professor, professor i kemiteknik, og direktør for Carnegie Mellon's Disruptive Health Technology Institute, og Krzysztof Matyjaszewski, J.C. Warner University professor i naturvidenskab og professor i kemi, har opdaget, hvordan man kan fremskynde processen og udføre kemien i denne proces under virkelig naturlige forhold. Russell og Matyjaszewski leder Center for Polymer-Based Protein Engineering i Carnegie Mellon.

Biokonjugater fremstilles traditionelt i opløsning, og oprensning efter hvert trin kan tage dage eller uger. Selv i hænderne på en dygtig videnskabsmand, det kan tage en uge at lave nogle få konjugater.

Russell og Matyjaszewski redesignede kemien til fremstilling af biokonjugater for at reducere syntese- og oprensningstiden betydeligt og gjorde tilgangen så ligetil, at selv ikke-eksperter kunne skabe biokonjugater. Værket - udført af et Carnegie Mellon-team med Russell, Matyjaszewski, doktorand Stefanie Baker, og forskerne Hironobu Murata og Sheiliza Carmali - bygger på en teknik kaldet Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), en ny metode til polymersyntese udviklet af Matyjaszewskis laboratorium, der har revolutioneret den måde, makromolekyler fremstilles på.

I et blad udgivet i Naturkommunikation , de introducerede den nye metode til at dyrke polymerer på proteiner, kendt som Protein-ATRP on Reversible Immobilization Support (PARIS). Den bruger en "podning-fra"-teknik, der udsøgt kontrollerer væksten af ​​syntetiske molekylære hår fra overfladen af ​​proteiner. Disse hår kan danne en stærk nano-panser, der beskytter biomolekylet.

Russell og Matyjaszewski har også for nylig offentliggjort et stort fremskridt i at skabe biokonjugater ved hjælp af ATRP i Angewandte Chemie International Edition . ATRP er meget følsom over for atmosfærisk oxygen, hvilket begrænser dets anvendelse under naturlige forhold. Dette papir, medforfatter af postdoc associeret Alan Enciso og ph.d.-studerende Liye Fu, skitserer en ny metode, kendt som "vejrtrækning ATRP, " det er fuldstændig ilttolerant.

"Den grundlæggende idé var inspireret af klassiske respirationscyklusser, der opererer i celler, " siger Matyjaszewski, i en artikel til Nature Reviews Chemistry. "Dette er det første eksempel på en fuldt ilt-tolerant, velkontrolleret ATRP."

Disse nye metoder til dyrkning af polymerer og panserproteiner har potentialet til at påvirke mange aspekter af vores daglige liv.

"Mange mennesker bruger enzymer i deres hverdag, " siger Russell. "Vi bruger proteiner og enzymer i vaskemidler, øl fremstilling, papirfremstilling, lægemidler, og så meget mere. Vores arbejde er rettet mod at forbedre virkningen af ​​disse proteiner på hele vores liv."

Forskningen offentliggjort i Naturkommunikation blev finansieret af Carnegie Mellon University Center for Polymer-Based Protein Engineering.

Forskningen offentliggjort i Angewandte Chemie blev finansieret af National Science Foundation (1707490), det mexicanske råd for videnskab og teknologi og Carnegie Mellon University Center for Polymer-Based Protein Engineering.