https://bodybydarwin.com
Slider Image

Letingen etter den perfekte antiviralen har tatt et nytt skritt fremover

2020

I flere tiår har utviklingen av antimikrobielle forbindelser fokusert på å finne ut hvordan man kan bremse eller stoppe en bestemt biokjemisk prosess. Molekylene produsert gjennom denne prosessen - antimikrobielle stoffer - har vært utrolig effektive. Likevel er de sårbare for motstand. En liten endring i den genetiske sammensetningen av patogenet kan gjøre en behandling ubrukelig.

Det kan være en annen vei for å produsere effektive kjemikalier med bredt spektrum. Snarere enn å fokusere på en funksjon, har noen forskere forsøkt å bruke fysikk for å finne måter å naturlig blokkere patogener fra å forårsake infeksjon. Denne ruten er spesielt viktig i utviklingen av antivirale midler. Hvis midlet ikke kan komme inn i en celle, vil infeksjon ganske enkelt ikke skje.

Et slikt kjemisk stoff er kjent som polyetylenimin eller PEI. Som navnet tilsier er det en kjede som består av et høyt nitrogennivå. Det som gjør dette molekylet effektivt er dets fysiske natur - det er veldig positivt når det gjelder elektrostatisk ladning. Dette betyr at det vil tiltrekke seg og binde seg til ethvert molekyl med en negativ ladning, som i den biologiske verdenen omfatter nesten alle levende enheter.

Wikipedia

Gjennom årene har PEI vist seg å være ganske allsidig som et verktøy. I miljøverdenen er molekylet ganske effektivt til å fange opp karbondioksid. Nærmere livsvitenskapene har PEI blitt brukt til å forbedre effektiviteten av visse biologiske teknikker, for eksempel å introdusere fremmed genetisk materiale i en celle, en prosess som kalles transfeksjon.

I 2006 tok molekylet en annen rolle som et antimikrobielt tilsetningsstoff. Tilsetningen av PEI til en rekke bakterier endte opp med å svekke celleintegriteten og forbedret drapshandlingen til forskjellige desinfeksjonsmidler og antibiotika. I 2012 utvidet spekteret da PEI så ut til å forhindre infeksjon med humant papillomavirus og cytomegalovirus. Potensialet til PEI ble enda sterkere takket være forskning som undersøkte hvordan molekylet kunne endres til å omfatte andre antimikrobielle komponenter.

Til tross for alle de gode nyhetene, var det ett forbehold: motstand var fortsatt mulig. De utallige timene med arbeid og utvikling kan fortsatt være truet av en enkelt endring i den biologiske sammensetningen av patogenet. For å forhindre dette, må PEI endres på en måte for å gi den muligheten til å endre seg i sanntid for å håndtere virusutvikling.

Nå kan det være en vei fremover takket være en ganske usannsynlig alliert i kampen mot virusinfeksjon: IBM. Selskapet kan være kjent for å jobbe for å bekjempe datavirus, men takket være flere samarbeid med forskere fra Singapore har de funnet en måte å slå humane virus på og takle motstand.

For å lære mer om hvordan et dataselskap lager bølger i folkehelseområdet, rakte jeg til Dr. James Hedrick. Han er en forsker i materialvitenskap som har utviklet et bredt spektrum antiviral kjent som Cooperative Orthogonal Macromolecular Assemblies. Likevel, som Hedrick påpeker, å drepe virus menneskelige eller virtuelle var ikke hans første kjærlighet.

I ma polymersforsker og har brukt år på å utvikle nye konsepter innen katalysatorer, selvmonterende monolayers og hydrogeler i håp om å forbedre datamaskindesign. Så for flere år siden begynte jeg å samarbeide med Dr. Yi Yan Yang ved Institute of Bioengineering and Nanotechnology i Singapore. Riket hans var rent medisinsk, selv om vi brukte de samme teknologiene. Det var en naturlig passform.

Deres samlede innsats tok dem til en rekke medisinområder, inkludert medisinlevering, drepe MRSA og forstyrre biofilmer. . Etter hvert dukket virus opp på radaren deres. Likevel ønsket Hedrick og Yang å gjøre mer enn å finne den neste antiviralen.

Vi ønsket å komme til det endelige målet, det antivirale. Men for å gjøre dette, trengte vi tre egenskaper. Først måtte vi stoppe viruset fra å binde seg til cellen. Da måtte vi på en eller annen måte stimulere immuncellene til å drepe viruset. Til slutt, og viktigst av alt, var vi nødt til å finne ut hvordan immuncellen kan drepe viruset effektivt. Alle disse egenskapene kom i form av PEI.

PEI var bare starten. De la til en annen komponent, mannose, som er en kjent simulator av immunitet. Dette molekylet utløste immunresponsen og bidro også til å forbedre effektiviteten av blokkering og drap. Etter noen designtester hadde de to en kandidat til å teste mot et stort utvalg av virus. Da antivirale resultatene kom tilbake, som Hedrick med glede antyder, var de mer enn fornøyde.

“Da vi testet PEI-mannose-polymerene, ble vi imponert over hvor godt de fungerte mot en rekke virus. Vi kan forhindre noen av de mest uhyggelige virusene der ute, som ebola, Dengue og spesielt Zika. Vi testet også polymerene mot noe av kjøringen av møllevirus, for eksempel influensa og herpes. I alle tilfeller kunne vi forhindre cellulær infeksjon. Vi hadde på alle måter nådd den første milepælen mot det pan-antivirale målet. ”

Når det gjelder den alltid utbredte bekymringen for motstand, sier Hedrick at disse antivirale forbindelsene er klare for utfordringen. "Det spiller ingen rolle hva som skjer genetisk på innsiden av viruset fordi PEI-mannosepolymerene er i stand til å takle evolusjonen." Når det gjelder hvordan det skjer, kommer svaret til hans virkelige kjærlighet: polymerdesign. ”Polymerer er designet for å termodynamisk favorisere en viss tredimensjonal struktur. Du oppnår dette ved å sikre at de elektrostatiske kreftene jobber sammen for å få den formen du ønsker. Men våre polymerer har ikke en foretrukket form; de er fleksible og kan tilpasse seg de omkringliggende muligheter for elektrostatisk og hydrogenbinding. De kan fylle enhver sprekk, binde seg til enhver reseptor og blokkere enhver interaksjon. De er virkelig antivirale midler på forespørsel. ”

Selv om nyhetene kan virke utrolig lovende, kan du ikke forvente å se disse on-demand-behandlingene i helsevesenet når som helst snart. Hedrick og teamet hans har ennå ikke utført dyreforsøk. Likevel tror han polymerene vil ha den samme aktiviteten inne i kroppen som i petriskålen. ”Vi er ivrige etter å ta dette til neste nivå. Vi har brukt år på å jobbe med å utvikle den perfekte antiviralen i laboratoriet. Nå vil vi bevise at de jobber i den virkelige verden. ”

22 fantastiske bilder som gjør vitenskap til kunst

22 fantastiske bilder som gjør vitenskap til kunst

Selv plastkunst forfaller, men museumskuratorer er på saken

Selv plastkunst forfaller, men museumskuratorer er på saken

Her er en plan for å gjøre tyrefektarenaer til drone-huber

Her er en plan for å gjøre tyrefektarenaer til drone-huber