En ny fysisk form av proteiner som utvecklats av forskare vid University of Texas i Austin kan drastiskt förbättra behandlingar för cancer och andra sjukdomar, samt övervinna några av de största utmaningarna inom terapin:att leverera läkemedel till patienter på ett säkert sätt, lättare och mer effektivt.
Proteinformuleringsstrategin, utvecklad av lärare och studenter vid Cockrell School of Engineering Department of Chemical Engineering, är utan motstycke och erbjuder en ny och universell metod för läkemedelsleverans - en som kan revolutionera behandlingen av cancer, artrit och infektionssjukdom.
"Vi tror att denna upptäckt av en ny högkoncentrerad form av proteiner - kluster av enskilda proteinmolekyler - är en störande innovation som kan förändra hur vi bekämpar sjukdomar, "sade Keith P. Johnston, professor i kemiteknik och medlem i National Academy Engineering. "Det krävde integration av utmanande bidrag inom grundvetenskap och teknik från tre av våra kemitekniska forskargrupper."
Forskningen, ledd av Johnston, Professor i kemiteknik Thomas M. Truskett och biträdande professor Jennifer Maynard, publicerades på nätet nyligen inför en tryckt version som snart kommer att visas i ACS Nano tidning.
"Den verkliga utmaningen när det gäller att utveckla terapier är hur du levererar dem till patienter." Sa Maynard.
Vanligtvis, proteinbiofarmaka administreras intravenöst vid utspädda koncentrationer på ett sjukhus eller en klinik. Forskare och ingenjörer har länge försökt producera säkra läkemedel i högre koncentrationer, så att en patient själv kan injicera drogerna hemma, liknar ett insulinskott. Men detta har stymts av det faktum att proteiner, i högkoncentrationsformuleringar, bilda aggregat som kan vara farliga för patienter och geler som inte kan injiceras.
Cockrellskolans forskargrupp har introducerat en ny fysisk form av proteiner, varigenom proteiner packas i högkoncentrerat, kluster i nanometerstorlek som kan passera genom en nål till en patient för att behandla sjukdom. Den nya kompositionen undviker fallgroparna från tidigare försök eftersom läkemedelsproteiner samlas så tätt att de inte utvecklas eller bildar farliga aggregat.
"Detta allmänna fysiska koncept för att bilda högkoncentrerat, ändå stabil, proteindispersioner är en viktig ny riktning inom proteinvetenskap, "Sa Johnston.
Ett viktigt framsteg kom 2004, när Truskett förutspådde att proteinbaserade läkemedel i lösning skulle vara stabila om de på något sätt kunde formuleras vid ultrahöga koncentrationer. Vid den tiden, Johnston hade nanopartiklar av koncentrerat stabilt protein men visste inte hur de skulle spridas i en injicerbar form.
År 2009, laget bildade proteinnanokluster i vatten helt enkelt genom att korrekt justera pH -värdet (för att sänka proteinladdningen) och tillsätta socker för att fylla proteinmolekyler tillsammans. Vid utspädning eller subkutan injektion i en mus separeras proteinerna till individuella stabila molekyler med biologisk aktivitet. En gång injicerad, proteinet i blodomloppet attackerar riktade celler och tumörer på samma sätt som för protein som levereras via IV -terapi. För att ge en färdplan för att förbättra utformningen av nanokluster, kemitekniska doktorander, Andrea Miller och Ameya Borwankar arbetade tillsammans med Truskett och Johnston för att utveckla en ny termodynamisk teori.
Ett annat genombrott för laget kom 2009 när en kemitekniker, Brian Wilson, skapat en transparent dispersion av extremt koncentrerat protein, som senare befanns bildas av nanokluster.
"Genom Brians diskussioner om forskningen både inom och utanför klassrummet, många studenter vid UT inser nu de enorma möjligheter de har att bidra till vetenskap, teknik och människors hälsa när de engagerar sig i forskningsprojekt, "Sa Johnston.
Sedan forskningen började 2004 tre patentansökningar har lämnats in via universitetets Office of Technology Commercialization.
