Com os hospitais recorrendo com mais frequência aos antibióticos de último recurso para combater infecções e os recentes surtos de Ebola e Zika cruzando as fronteiras como nunca antes, a comunidade científica mundial foi desafiada a desenvolver novos antimicrobianos para proteger a população.

O braço de pesquisa do Departamento de Defesa dos EUA, a Agência do Programa de Pesquisa Avançada de Defesa, ou DARPA, é conhecido por enfrentar desafios enormes como este. E entao, eles pediram aos pesquisadores que descobrissem como fazer pelo menos 1000 doses de qualquer patógeno desconhecido - em uma semana.

Uma equipe da ASU foi uma das poucas que enfrentou esse desafio.

"Até onde sabemos, fomos a única equipe a descobrir como fazer isso para qualquer patógeno - vírus ou bactéria, "disse o líder de pesquisa Stephen Albert Johnston, que dirige o Centro de Inovação em Medicina do Instituto ASU Biodesign e é professor da Escola de Ciências da Vida. “Embora o sistema seja projetado para criar antimicrobianos em uma emergência extrema - que esperamos que nunca seja necessária - os elementos básicos podem ser aplicados para melhorar as abordagens convencionais para fazer anti-infecciosos.

"Meu centro de pesquisa prospera em assumir projetos que muitos acham que não podem ser realizados. Este desafio era bom demais para não responder."

Sentinelas sintéticas

Os anticorpos são grandes, Proteínas em forma de Y produzidas pelo sistema imunológico humano para repelir invasores estrangeiros. Nossos corpos montam essa defesa rapidamente, especialmente se eles já viram o invasor antes, produzindo o anticorpo necessário alguns dias após a infecção.

Mas para fazê-los no laboratório, anticorpos específicos para apenas um invasor podem levar meses, e ser uma proposta cara.

Johnston queria imitar a abordagem da natureza enquanto reduzia drasticamente a descoberta de antimicrobianos e o tempo de produção.

Na última década, A equipe de Johnston foi pioneira no desenvolvimento de versões feitas em laboratório que se concentram apenas no lado comercial dos anticorpos, elementos críticos de reconhecimento de patógenos, chamados de anticorpos sintéticos, ou synbodies.

Synbodies são feitos de dois fragmentos curtos de proteína, chamados de peptídeos, que são unidos para formar um pequeno, composto semelhante a anticorpos ainda grande o suficiente para fazer seu trabalho.

Lascando

Mas mesmo o processo de fazer sinbodies normalmente leva vários meses.

Synbodies são selecionados em chips de peptídeo contendo um conjunto predefinido de 10, 000 peptídeos colocados em fileiras organizadas em uma lâmina de vidro de microscópio, chamado de microarray.

Para gerar um synbody com atividade antibiótica, uma solução contendo bactérias ou vírus pode ser colocada no microarray.

"Nossa solução para economizar tempo foi pré-selecionar um grande número de patógenos no microarray e encontrar 100 peptídeos que seriam diversos o suficiente para que qualquer patógeno rastreado se ligasse a dois ou mais peptídeos, "disse Chris Diehnelt, um professor associado de pesquisa no centro de Johnston que supervisionou os experimentos de laboratório.

Eles poderiam estocar grandes estoques desses 100 peptídeos com antecedência para que 1, 000 ou mais doses de um terapêutico poderiam ser produzidas rapidamente, rastrear os melhores candidatos que bloqueiam um determinado patógeno. Esses candidatos são então produzidos em grandes quantidades, purificado e testado em camundongos para toxicidade aguda, de modo que todo o processo seja concluído em uma semana.

Para sua prova de conceito, eles examinaram um total de 21 vírus e bactérias diferentes contra seus arranjos synbody.

"Descobrimos que a maioria dos peptídeos reconhecia um patógeno, "disse Diehnelt.

Além disso, eles testaram seu sistema contra dois patógenos desconhecidos que não foram usados ​​no estudo.

"Os dados mostraram que esta matriz pode potencialmente identificar peptídeos de ligação para qualquer patógeno, "disse Diehnelt.

Um tiro no braço

"Com esta abordagem, dezenas ou mesmo centenas de synbodies podem ser produzidos em um dia, "disse Johnston.

Os melhores candidatos são avaliados rapidamente quanto à morte e toxicidade para humanos e podem ser produzidos em grande escala.

Finalmente, seu sistema foi testado contra dois flagelos sociais e grandes problemas de saúde em todo o mundo:uma cepa de gripe potencialmente pandêmica (influenza H1N1) como um teste viral e uma bactéria que causa infecções relacionadas a cirurgias, S. epidermidis .

"Nossos dados indicam que um novo vírus ou bactéria pode ser rastreado contra a pequena biblioteca de peptídeos para descobrir peptídeos de ligação que podem ser convertidos em anticorpos neutralizantes antivirais e antibacterianos de maneira rápida, "disse Diehnelt.

As próximas etapas seriam preparar o produto final para uma entrega intravenosa, e para aumentar o sistema para produzir produtos suficientes para um uso em toda a população —deve o próximo Ebola, Ocorre zika ou surto imprevisto.

"Uma chave, A característica única de nossa tecnologia synbody é que a mesma plataforma pode produzir synbodies com atividade antibiótica ou antiviral direta, e podemos fazer isso por uma fração do custo potencial atual, anticorpos terapêuticos produzidos comercialmente, "disse Johnston.

Esta é uma boa notícia para salvar vidas antes que ocorra o próximo surto inevitável.

E para Johnston, que também criou empresas com base em outras tecnologias ASU que desenvolveu ou co-desenvolveu, também pode significar um grande negócio, além do potencial para salvar vidas. O mercado global de anticorpos monoclonais terapêuticos e as terapias contra o câncer estão em alta demanda, com um tamanho de mercado estimado próximo a US $ 100 bilhões para 2018.