UCLA-kemisten Heather Maynard var tvungen att undra:Hur gör organismer som tardigraden det?

Detta tjocka mikroskopiska djur, även känt som en vattenbjörn, kan överleva i miljöer där överlevnad verkar omöjlig. Tardigrades har visat sig utstå extrema värme, kyla och tryck – och till och med rymdens vakuum – genom att gå in i ett tillstånd av svävande animation och vitalisera, ibland decennier senare, under mer gästvänliga förhållanden.

Om hon kunde förstå mekanismen bakom detta extraordinära bevarande, ansåg Maynard, skulle hon kanske kunna använda kunskapen för att förbättra läkemedel så att de förblir potenta längre och är mindre sårbara för typiska miljöutmaningar, vilket i slutändan breddar tillgången och gynnar människors hälsa.

Det visar sig att en av processerna som skyddar tardigrader sporras av en sockermolekyl som kallas trehalos, som vanligtvis finns i levande varelser från växter till mikrober till insekter, av vilka några använder det som blodsocker. För några få utvalda organismer, som vattenbjörnen och den taggiga uppståndelseväxten, som kan återupplivas efter år av nästan noll metabolism och fullständig uttorkning, är trehalos stabiliserande kraft hemligheten bakom deras överjordiska styrka.

Beväpnad med denna insikt uppfann Maynard, en professor i kemi och biokemi som innehar UCLA:s Dr. Myung Ki Hong-stol i polymervetenskap, en polymer baserad på sockret. Hennes polymer, kallad poly(trehalosmetakrylat), eller pTrMA, verkar faktiskt förbättra naturen i dess förmåga att göra läkemedel mer robusta mot tidens och temperaturens härjningar.

"Vi tänkte att om trehalos kunde stabilisera hela organismer, så gör det det till en ganska bra stabilisator", säger Maynard, som också är biträdande chef för teknologi och utveckling vid California NanoSystems Institute vid UCLA. "Att vår polymer överträffade trehalos förväntades dock inte."

Med stöd och vägledning från UCLA Innovation Fund, ett program utformat för att underlätta kommersialiseringen av UCLA-ägda terapier och andra hälsorelaterade teknologier, valde Maynard och hennes team att undersöka pTrMA:s effekter på insulin, en "essentiell medicin" från Världshälsoorganisationen. många personer med diabetes injicerar dagligen för att hantera sjukdomen.

När de utsätts för värme eller skakas för mycket kan insulinproteiner klumpa ihop sig på ett sätt som tuggar upp nålar, gör läkemedlet mindre effektivt eller till och med framkalla en skadlig reaktion från kroppens naturliga försvar. Som ett resultat av detta måste insulin hanteras med försiktighet och transporteras i kylda fack.

Följaktligen kan insulin som förblir stabilt längre utan kylning minska läkemedlets kostnader genom att göra logistiken billigare. Och en förlängd hållbarhetstid skulle minska både bortkastad medicin och potentiellt farliga situationer där utgånget insulin ger en otillräcklig dos. Mer än så kan insulin bli tillgängligt för vissa avlägsna platser som för närvarande är utom räckhåll för kyltransport.

En serie studier ledda av Maynard under de senaste tre åren har visat pTrMA:s potential. En nyligen publicerad studie publicerad i ACS Applied Materials &Interfaces fann att polymeren konserverade insulin vid temperaturer på nästan 200 grader Fahrenheit - nära vattnets kokpunkt - och genom nästan ett års kylförvaring, med 87% av medicinen kvar intakt, jämfört med mindre än 8% av enbart insulin. Laboratorieexperiment i pTrMA:s säkerhet visade att det inte utlöste ett immunsvar hos möss.

En studie från 2021, även stödd av Innovationsfonden, visade att insulin plus pTrMA har en tillräckligt låg viskositet för att säkert injiceras, och forskning från 2020 visade att en version av pTrMA utformad för att brytas ned inuti kroppen behöll förmågan att stabilisera insulin.

En tidig upptäckt, från 2014, att pTrMA faktiskt fungerar bättre än trehalos som konserveringsmedel har inte varit den enda trevliga överraskningen på vägen. Maynards team designar vanligtvis polymerer för att vara kemiskt kopplade till läkemedelsmolekyler, men i fallet med pTrMA fann de att det är lika effektivt blandat med insulinmolekyler utan kemiska länkar.

Maynard misstänker att polymeren har potential för bredare användning.

"Trehalospolymerer stabiliserar ett brett utbud av proteiner och enzymer", sa hon. "Vacciner är en möjlighet, och vi tror att polymererna kan vara en plattformsteknik som tillämpas på en rad olika biologiskt baserade läkemedel."

Flexibla resurser från Innovationsfonden har gett Maynard friheten att driva de mest relevanta frågorna i sina studier. Den förmånen slutade med att arbeta tillsammans med en annan:introduktioner till experter inom läkemedelsindustrin av UCLA:s Technology Development Group.

En sådan expert rekommenderade Maynard att undersöka verkan av pTrMA i kroppen. I hennes senaste ACS Applied Materials &Interfaces publikation om pTrMA, fann Maynard och hennes team ingen signifikant skillnad i blodplasmakoncentrationer över tid mellan enbart insulin och läkemedlet formulerat med pTrMA.

"Det är inte alltid lätt att hitta finansiering för några av de systematiska studier vi har genomfört," sa Maynard. "UCLA Innovation Fund påskyndade forskningen och gav oss möjligheten att pivotera."

Om Maynards polymer finner fortsatt framgång som en säker stabilisator, kan läkemedel från livräddande till vardags bli billigare och tillgängliga på fler ställen. Och hon kommer att ha ett par andra att tacka:Moder Natur och den nästan oförstörbara vattenbjörnen.