Um Biopharmazeutika bei Bedarf herzustellen, fügen Sie einfach Wasser hinzu

Medizinische Biotechnologie 2013: Steigender medizinischer Bedarf für Biopharmazeutika (Juli 2019).

Anonim

Forscher am MIT und anderen Institutionen haben winzige gefriergetrocknete Pellets hergestellt, die alle molekularen Maschinen enthalten, die für die Umwandlung von DNA in Proteine ​​erforderlich sind. Diese könnten die Grundlage für die bedarfsgerechte Herstellung von Medikamenten und Impfstoffen bilden.

Die Pellets, die Dutzende von Enzymen und andere aus Zellen extrahierte Moleküle enthalten, können über einen längeren Zeitraum bei Raumtemperatur gelagert werden. Nach Zugabe von Wasser und gefriergetrockneter DNA beginnen die Pellets Proteine ​​zu produzieren, die von der DNA codiert werden.

"Es ist ein modulares System, das so programmiert werden kann, dass es genau das macht, was Sie brauchen", sagt James Collins, Professor für Medizintechnik und Naturwissenschaften am MIT Institut für Bioingenieurwesen und Institut für Medizintechnik und Wissenschaft (IMES). "Sie könnten Hunderte von verschiedenen DNA-Pellets haben, die Sie auf dem Feld hinzufügen können."

Diese Pellets mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern könnten leicht von Soldaten, Astronauten oder Gesundheitsfachkräften in entlegene Gebiete getragen werden, sagt Collins, der leitende Autor eines Artikels, der diese Strategie in der Online-Ausgabe von Cell am 22. September beschreibt.

Die führenden Autoren des Papiers sind Keith Pardee, ein Assistenzprofessor an der Universität von Toronto und ehemaliger Forscher am Harvard Universität Wyss-Institut für biologisch inspirierte Technik; Shimyn Slomovic, IMES-Postdoc; Jeong Wook Lee, Wissenschaftler am Wyss-Institut; und Peter Nguyen, ein Wyss Institute Technology Fellow.

Zellfreie Synthese

Collins und viele andere auf dem wachsenden Gebiet der synthetischen Biologie haben Zellen zuvor so konstruiert, dass sie viele Funktionen erfüllen, die sie normalerweise nicht haben, wie die Herstellung von Medikamenten oder Biokraftstoffen. In den letzten Jahren hat Collins gezeigt, dass diese Art von Design auch außerhalb von Zellen möglich ist, indem die notwendigen zellulären Komponenten extrahiert und auf Papier oder anderen Materialien gefriergetrocknet werden.

"Die zellfreien Extrakte bestehen aus einigen Dutzend Enzymen, DNA und RNA, sowie Ribosomen und anderen molekularen Maschinen, die zur Transkription und Translation führen", sagt Collins.

In der neuen Studie haben die Forscher das Papier aus der Gleichung genommen: Die Zellextrakte werden einfach zu Pellets gefriergetrocknet, die für mindestens ein Jahr stabil bleiben. Um die Proteinproduktion zu aktivieren, fügen die Forscher Wasser hinzu, um die Pellets zu rehydrieren, zusammen mit gefriergetrockneter DNA, die für das gewünschte Protein kodiert.

Dieser Ansatz könnte nützlich sein, um eine breite Palette von Produkten zu erzeugen, einschließlich sowohl Arzneimittel als auch Moleküle, die zur Diagnose von Krankheiten verwendet werden könnten. In der Cell- Studie produzierten die Forscher kleine Proteine, die als Diphtherie-Impfstoff verwendet werden könnten, sowie antimikrobielle Peptide, die das Potenzial haben, bakterielle Infektionen zu bekämpfen.

Sie programmierten auch die Pellets, um Enzyme zu erzeugen, die einen mehrstufigen Stoffwechselweg bilden, der ein komplexes Arzneimittel, das als Violacein bekannt ist, synthetisiert, das Antikrebs und antibiotische Aktivität aufweist.

Für diagnostische Anwendungen verwendeten die Forscher die Pellets, um mehrere verschiedene Arten von Antikörpern zu produzieren, einschließlich einer, die das Bakterium Clostridium difficile nachweisen kann, das eine schwere Entzündung des Dickdarms hervorrufen kann.

Einfache Lagerung

Dieser Ansatz könnte sich als einfacher erweisen, als die Verwendung von lebenden Zellen zur Erzeugung von Biopharmazeutika, da die gefriergetrockneten Komponenten einfach zu lagern und zu versenden sind und nicht gekühlt werden müssen.

"Collins und seine Kollegen zeichnen eine Zukunft, in der gefriergetrocknete, zellfreie Bioproduktionsplattformen zur bedarfsgerechten Herstellung von Therapeutika, Impfstoffen und Biochemikalien genutzt werden können, ohne dass eine kalte (Versorgungs-) Kette benötigt wird", sagt Michael Jewett, Associate Professor Chemical and Biological Engineering an der Northwestern University, die nicht in die Forschung involviert war. "Indem wir die Produktion von der Fabrik an die Front verlagern, könnten wir möglicherweise patientenspezifische Medikamente anbieten, bei denen Medikamente derzeit nicht erhältlich sind."

Collins erwartet, dass diese Art von Technologie in einer Vielzahl von Einstellungen nützlich sein könnte.

"Es könnte in einem sehr einfachen Carry-Kit für Beschäftigte des Gesundheitswesens verwendet werden, die sich in Entwicklungsregionen auf dem Feld befinden", sagt er. "Wir denken, dass es für das Militär sehr nützlich sein kann, wenn Sie eine Mission auf dem Feld ausführen, oder für Wanderer und Sportler, die lange Strecken zurücklegen. Sie könnten es sogar im hinteren Teil Ihres Autos haben, als eine erweiterte zuerst Erste-Hilfe Kasten."

Diese Pellets könnten auch in pädagogische Werkzeuge integriert werden - "das Biotech-Äquivalent eines Chemie-Kits", sagt Collins. "Man könnte sich vorstellen, diese Pellets zu verwenden, um es den Studenten zu ermöglichen, synthetische Biologieexperimente zu Hause oder in Mittelschulen und Gymnasien durchzuführen."

Eine weitere Anwendung, die Collins plant, ist die Integration der Pellets in "intelligente Bandagen", die eine Infektion nachweisen und dann mit der Produktion des geeigneten antimikrobiellen Peptids beginnen, um die Infektion zu behandeln.

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