Forskare utvecklar nya peptidbaserade terapier för att rikta in sig på och inaktivera coronavirusets så kallade "spikproteiner".

Spike-proteiner - kronan av bulbous projektioner som ger coronaviruset dess signatur halo-effekt - fäster vid och infekterar friska celler, orsakar covid-19. Leds av Northwestern University och Massachusetts Institute of Technology (MIT), forskargruppen utvecklar en ny nanostrukturerad terapi som potentiellt skulle kunna inaktivera viruset och förhindra dess infektion av mänskliga celler.

Idén är baserad på en ny upptäckt från Bradley L. Pentelutes laboratorium, en docent i kemi vid MIT. Pentelutes team upptäckte en peptidmolekyl som specifikt och starkt binder till coronavirusets spikprotein.

Dock, peptidläkemedel – som kan revolutionera behandlingar för många sjukdomar – är notoriskt utmanande eftersom enzymer i våra kroppar snabbt bryter ner dem, så de tappar effekt. Det är just här som utredare vid Northwesterns Simpson Querrey Institute (SQI) kan hjälpa till.

"Jag läste om professor Pentelutes peptid i en MIT-nyhet för två veckor sedan och kontaktade honom samma kväll, " sa Northwesterns Samuel I. Stupp, som leder Northwestern-satsningen. "Några dagar senare, ett paket anlände till SQI med en tillräckligt stor mängd av den bindande peptiden för att initiera det gemensamma projektet."

Stupp är styrelsens professor i materialvetenskap och teknik, Kemi, Medicin och biomedicinsk teknik på Northwestern och chef för SQI. Han har utnämningar i Northwesterns McCormick School of Engineering, Feinberg School of Medicine och Weinberg College of Arts and Sciences.

Forskare i Stupps laboratorium och SQI:s Peptide Synthesis Core Facility, regisserad av Northwesterns Mark Karver, har arbetat under de senaste två åren på en plattform för att leverera peptidläkemedel. Stupp, en expert på självmontering av peptider, initierade detta projekt med kemistudenten Ruomeng Qiu, som går ut på att "limma" miljontals peptider i en nanostruktur som blir bärare av de dyrbara drogerna. Läkemedlets och bärarens liknande kemi gör det möjligt för forskarna att designa nanostrukturer som skyddar peptidläkemedlet medan det cirkulerar i kroppen innan det möter den skyldige till sjukdomen, det nya coronaviruset.

SQI:s peptidnanostrukturer har redan visat sig vara mycket effektiva inom regenerativ medicin, och institutet arbetar hårt för att få tekniken till kliniska prövningar. Effekten av SQI-bärarna i vissa regenerativa medicinmål är också baserad på skyddet av ömtåliga proteiner som behövs för att signalera celler, och samma fenomen kan vara avgörande för utvecklingen av antivirala vacciner. Pentelute-labbet vid MIT, å andra sidan, specialiserat på snabb syntes av peptider, vilket är extremt viktigt för den kliniska översättningen av alla peptidbaserade terapier.

SQI-bärarnanostrukturerna har vattenfyllda kanaler, som skulle kunna hålla de antivirala terapierna och skydda dem från destruktiva enzymer. SQI-teamet har undersökt konceptet med användning av ett potentiellt läkemedel mot Alzheimers sjukdom och det allmänna tillvägagångssättet har visat sig vara mycket effektivt i in vitro-experiment.

Nu Stupp, Karver, Qiu och SQI biträdande kärnforskaren Suvendu Biswas har snabbt riktat sin uppmärksamhet mot COVID-19 genom att arbeta med MIT-teamet och möjligen deras medarbetare vid Icahn School of Medicine vid Mount Sinai i New York, som kunde testa konstruktionerna i mänskliga celler och djurmodeller.

"Det har varit fantastiskt att se hur doktorander och postdoktorer frivilligt ställer upp för att bidra fysiskt eller virtuellt till projektets snabba framsteg, ", sa Stupp. "Vi är mycket glada över denna gemensamma ansträngning med MIT-teamet med tanke på vikten av peptider och peptidnanostrukturer i utvecklingen av nya terapier och vacciner."