UT forskeres innovation adresserer den store udfordring i forbindelse med levering af lægemidler

En ny fysisk form for proteiner udviklet af forskere ved University of Texas i Austin kan drastisk forbedre behandlinger for kræft og andre sygdomme, samt overvinde nogle af de største udfordringer inden for terapi:levering af lægemidler til patienter sikkert, nemt og mere effektivt.

Proteinformuleringsstrategien, udviklet af fakultet og studerende i Cockrell School of Engineering's Department of Chemical Engineering, er uden fortilfælde og tilbyder en ny og universel tilgang til lægemiddellevering – en der kan revolutionere behandling af kræft, gigt og infektionssygdomme.

"Vi mener, at denne opdagelse af en ny højkoncentreret form for proteiner - klynger af individuelle proteinmolekyler - er en forstyrrende innovation, der kan transformere, hvordan vi bekæmper sygdomme, " sagde Keith P. Johnston, en kemiingeniørprofessor og medlem af National Academy Engineering. "Det krævede integration af udfordrende bidrag inden for grundlæggende videnskab og teknik fra tre af vores kemiingeniørforskningsgrupper."

Forskningen, ledet af Johnston, Kemiteknik professor Thomas M. Truskett og adjunkt Jennifer Maynard, blev offentliggjort online for nylig forud for en trykt version, der snart vises i ACS Nano tidsskrift.

"Den virkelige udfordring ved at udvikle terapeutiske midler er, hvordan du leverer dem til patienterne." sagde Maynard.

Typisk, proteinbiofarmaceutiske midler indgives intravenøst ​​i fortyndede koncentrationer på et hospital eller en klinik. Forskere og ingeniører har længe forsøgt at producere sikre lægemidler i højere koncentrationer, så en patient selv kan injicere stofferne derhjemme, ligner en insulinindsprøjtning. Men at gøre det er blevet forhindret af det faktum, at proteiner, i højkoncentrationsformuleringer, danner aggregater, der kan være farlige for patienter, og geler, der ikke kan injiceres.

Cockrell Schools forskerhold har introduceret en ny fysisk form for proteiner, hvorved proteiner pakkes i stærkt koncentrerede, nanometerstore klynger, der kan passere gennem en nål ind i en patient for at behandle sygdom. Den nye sammensætning undgår faldgruberne fra tidligere forsøg, fordi lægemiddelproteiner er klynget så tæt, at de ikke folder sig ud eller danner farlige aggregater.

"Dette generelle fysiske koncept for at danne meget koncentreret, dog stabil, proteindispersioner er en stor ny retning inden for proteinvidenskab, " sagde Johnston.

Et vigtigt fremskridt kom i 2004, da Truskett forudsagde, at proteinbaserede lægemidler i opløsning ville være stabile, hvis de på en eller anden måde kunne formuleres i ultrahøje koncentrationer. På det tidspunkt, Johnston havde nanopartikler af koncentreret stabilt protein, men vidste ikke, hvordan de skulle spredes i en injicerbar form.

I 2009 holdet dannede protein-nanoklynger i vand simpelthen ved at justere pH-værdien korrekt (for at sænke proteinladningen) og tilsætte sukker for at samle proteinmolekyler. Ved fortynding eller subkutan injektion i en mus skilles proteinerne tilbage til individuelle stabile molekyler med biologisk aktivitet. Når først injiceret, proteinet i blodbanen angriber målrettede celler og tumorer på samme måde som for protein leveret via IV-terapi. For at give en køreplan for at forbedre designet af nanoklynger, kemiingeniørstuderende, Andrea Miller og Ameya Borwankar arbejdede sammen med Truskett og Johnston for at udvikle en ny termodynamisk teori.

Endnu et gennembrud for holdet kom i 2009, da en senior kemiingeniør, Brian Wilson, skabt en gennemsigtig dispersion af ekstremt koncentreret protein, som senere viste sig at være dannet af nanoclusters.

"Gennem Brians diskussioner om forskningen både i og uden for klasseværelset, talrige bachelorstuderende på UT er nu klar over de enorme muligheder, de har for at bidrage til naturvidenskaben, teknik og menneskers sundhed, når de bliver involveret i forskningsprojekter, " sagde Johnston.

Siden forskningen startede i 2004, tre patentansøgninger er indgivet gennem universitetets Office of Technology Commercialization.