Forskere opdager proces til bæredygtig fremstilling af psilocybin, en lægemiddelkandidat, der kunne hjælpe med at behandle depression

Andrew Jones ved Miami University og hans hold af studerende kan have udviklet en forskning først.

Gennem metabolisk teknik, de opdagede en måde at bæredygtigt producere en lovende lægemiddelkandidat til at hjælpe patienter med behandlingsresistent depression.

Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet Metabolic Engineering med titlen, "In vivo produktion af psilocybin i E coli ."

Psilocybin er nu i kliniske forsøg, og læger ser lovende resultater for dets brug til behandling af afhængighed, depression og posttraumatisk stresslidelse hos mennesker.

Jones, assisterende professor i Miamis kemiske afdeling, papir, og biomedicinsk teknik, troede på, at han kunne finde på en proces, der bruger gensplejsede bakterier til at fremstille lægemiddelkandidaten.

Kemikaliet, psilocybin, findes naturligt i en bestemt svamp, Psilocybe cubensis. Jones sagde, at han skulle masseproducere psilocybin fra sin naturlige svampevært, det ville kræve omfattende fast ejendom og tid. I øjeblikket, der anvendes alternative syntetiske kemiske produktionsmetoder, men de er meget dyre. Jones, hovedforsker af denne forskning, ønskede en løsning, der bibeholder den biologiske integritet og reducerer produktionsomkostningerne.

At finde en optimal økologisk vært

Gennem metabolisk teknik, som finder måder at øge en celles evne til at producere en forbindelse af interesse, hans hold af studerende udviklede en række eksperimenter for at identificere optimale psilocybinproduktionsbetingelser. Den netop offentliggjorte artikel beskriver deres arbejde med at optimere produktionen af ​​psilocybin i Escherichia coli-bakterierne. Holdet bruger en velkendt E coli stamme, der er konstrueret til sikker laboratorieproduktion.

"Vi tager DNA'et fra svampen, der koder for dens evne til at fremstille dette produkt, og putter det ind E coli , " sagde han. "Det ligner den måde, du laver øl på, gennem en gæringsproces. Vi tager effektivt teknologien, der giver mulighed for skala og hastighed af produktionen, og anvender den på vores psilocybin-producerende E coli ."

Deres slutresultat er et væsentligt skridt hen imod at demonstrere gennemførligheden af ​​at producere dette lægemiddel økonomisk fra en biologisk kilde.

"Det spændende er den hastighed, hvormed vi var i stand til at opnå vores høje produktion. I løbet af denne undersøgelse forbedrede vi produktionen fra kun et par milligram pr. liter til over et gram pr. liter, en stigning på næsten 500 gange, " sagde Jones.

Han giver stor ære og ros til sine studerende, som designede mange af de eksperimenter, der blev udført under det 18 måneder lange studie.

"En stor del af mit job er at uddanne studerende til at udføre dette arbejde. Den grundlæggende idé var min, men meget af det eksperimentelle design faldt på eleverne. Tidligt, Jeg ville hjælpe med at vejlede dem i den eksperimentelle designproces. Mod slutningen, de blev mere uafhængige. Det er den type studerende, vi vil have, når de nærmer sig eksamen, " sagde Jones.

At lære at køre laboratorieforsøg

Hovedforfatter Alexandra (Lexie) Adams, en junior kemiingeniør, blev medlem af forskerteamet i sit første år, lige da Jones Lab startede. Tålmodig og omhyggelig, Jones arbejdede med den ganske vist nervøse Adams om det grundlæggende i laboratorieforskning. Det gav pote.

Det indledende arbejde blev udført i sommeren 2018 som Adams og en anden bachelorstuderende medforfatter, Nicholas Kaplan, deltog i Miamis Undergraduate Summer Scholars Program. Programmet giver finansiering til studerende til bachelorforskning.

Begge elever, arbejder på separate undersøgelser, lært ins og outs af forskning, få selvtillid og lære lektioner, efterhånden som sommeren skred frem.

Kaplan, en junior kemiingeniør, undersøgte gennemførligheden af ​​cyanobakterier som en anden potentiel metabolisk ingeniørvært. Hans resultater viste blandede resultater, og det blev besluttet, at laboratorieholdet ville fokusere på Adams' psilocybin i E coli projekt.

Fejrer et forskningsmæssigt gennembrud

Adams husker, da de så gennembruddet i deres forskning. Deres mål var at overføre DNA'et fra svampen og se aktivitet i E coli vært.

"Når vi overførte DNA'et, vi så [et lille] højdepunkt dukke op i vores data. Vi vidste, at vi havde gjort noget stort, " hun sagde.

Andre medlemmer af holdet inkluderede:kandidat Zhangyue "Tom' Wei (Miami '19), uddannet John "Jack' Brinton (BS Miami '17, MS Miami '19), junior Chantal Monnier, senior Alexis Enacopol, og medarbejder Theresa Ramelot, instrumenteringsspecialist.

Både Adams og Kaplan fortsætter med at arbejde med Jones. De studerende leder projekter, der bygger på den seneste succes med psilocybin-arbejdet. Hver af dem er begyndt at videregive, hvad de har lært i laboratoriet ved at vejlede nye bachelorstuderende, der slutter sig til Jones Lab.

"Det er vigtigt for [de nye studerende] at forstå det store billede, så de kan se årsagerne til de forskellige trin i eksperimenterne, " sagde Kaplan.

Jones forfølger den næste fase af denne forskning ved at studere måder at lave E coli bakterier en bedre vært - det næste skridt i retning af at muliggøre bæredygtig produktion på niveauer, der kræves af den farmaceutiske industri.