Os pesquisadores da Carnegie Mellon University desenvolveram métodos que aceleram o processo de desenvolvimento de moléculas sintéticas e biológicas quimicamente ligadas em mais de 10 vezes em condições naturais. As evidências, que casam biologia e química, poderia fazer a produção de bioconjugados para uso em biomedicina, Ciência de materiais, e outros campos mais eficientes e econômicos.

Os bioconjugados são formados quando uma molécula biológica é unida a outra molécula por meio de ligações covalentes. Por exemplo, no caso de drogas biológicas, como interferon, a droga está conectada a polímeros que agem como uma capa de nano-armadura que protege a droga de danos até que ela atinja seu alvo.

Embora promissor, fazer bioconjugados tem sido caro, demorado e difícil de controlar.

Alan Russell, o Distinto Professor de Carreira Highmark, um professor de engenharia química, e diretor do Disruptive Health Technology Institute da Carnegie Mellon, e Krzysztof Matyjaszewski, o professor de ciências naturais da J.C. Warner University e um professor de química, descobriram como acelerar o processo e realizar a química desse processo em condições verdadeiramente naturais. Russell e Matyjaszewski co-dirigem o Centro de Engenharia de Proteínas Baseada em Polímeros na Carnegie Mellon.

Os bioconjugados são tradicionalmente feitos em solução, e a purificação após cada etapa pode levar dias ou semanas. Mesmo nas mãos de um cientista habilidoso, pode demorar uma semana para fazer alguns conjugados.

Russell e Matyjaszewski redesenharam a química para fazer bioconjugados para diminuir significativamente o tempo de síntese e purificação e tornaram a abordagem tão direta que até mesmo não especialistas poderiam criar bioconjugados. O trabalho - realizado por uma equipe da Carnegie Mellon com Russell, Matyjaszewski, estudante de doutorado Stefanie Baker, e os pesquisadores Hironobu Murata e Sheiliza Carmali - baseia-se em uma técnica chamada Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), um novo método de síntese de polímeros desenvolvido pelo laboratório de Matyjaszewski que revolucionou a forma como as macromoléculas são feitas.

Em um artigo publicado em Nature Communications , eles introduziram o novo método de crescimento de polímeros em proteínas, conhecido como Protein-ATRP on Reversible Immobilization Support (PARIS). Ele usa uma técnica de "enxerto de" que controla primorosamente o crescimento de cabelos moleculares sintéticos da superfície das proteínas. Esses fios de cabelo podem formar uma forte nano-armadura que protege a biomolécula.

Russell e Matyjaszewski também publicaram recentemente um grande avanço na criação de bioconjugados usando ATRP em Angewandte Chemie International Edition . ATRP é altamente sensível ao oxigênio atmosférico, o que limita seu uso em condições naturais. Este papel, co-autoria do associado de pós-doutorado Alan Enciso e do estudante de doutorado Liye Fu, descreve um novo método, conhecido como "respiração ATRP, "que é totalmente tolerante ao oxigênio.

"A ideia básica foi inspirada nos ciclos clássicos de respiração operando nas células, "diz Matyjaszewski, em um artigo para a Nature Reviews Chemistry. "Este é o primeiro exemplo de um totalmente tolerante ao oxigênio, ATRP bem controlado. "

Esses novos métodos de cultivo de polímeros e proteínas de blindagem têm o potencial de afetar muitos aspectos de nossas vidas diárias.

"Muitas pessoas usam enzimas em sua vida cotidiana, "diz Russell." Usamos proteínas e enzimas em detergentes para a roupa, fabricação de cerveja, fabricação de papel, remédios, e muito mais. Nosso trabalho visa melhorar o impacto dessas proteínas em todas as nossas vidas. "

A pesquisa publicada em Nature Communications foi financiado pelo Carnegie Mellon University Center for Polymer-Based Protein Engineering.

A pesquisa publicada em Angewandte Chemie foi financiado pela National Science Foundation (1707490), o Conselho Mexicano de Ciência e Tecnologia e o Centro Universitário Carnegie Mellon para Engenharia de Proteínas Baseadas em Polímeros.