Uma técnica desenvolvida pelos professores associados de química e bioquímica da Universidade de Miami, Dominik Konkolewicz e Rick Page, pode ajudar a permitir o desenvolvimento mais rápido e eficiente de novos materiais para uso em produtos farmacêuticos, biocombustíveis, e outros aplicativos.

A técnica de Konkolewicz e Page usa a tecnologia de ressonância magnética nuclear (NMR) para iluminar como proteínas e polímeros sintéticos interagem em substâncias químicas conhecidas como bioconjugados.

Por que os bioconjugados são úteis

As proteínas podem ser usadas para catalisar reações químicas que são úteis em muitas aplicações. Por exemplo, enzimas de proteína são usadas para produzir xarope de milho com alto teor de frutose e a insulina é usada para tratar diabetes. Mas algumas proteínas são ativas por apenas um curto período de tempo ou se decompõem facilmente, portanto, simplesmente não é prático - ou econômico - usá-los. Os bioconjugados de proteínas superam as limitações das proteínas ao anexar moléculas sintéticas, frequentemente polímeros, à proteína.

"As proteínas têm um desempenho fantástico, "Konkolewicz diz, "mas não há muita flexibilidade na química que podemos colocar em uma proteína. Os polímeros oferecem uma enorme diversidade de estrutura e função que podemos incorporar para estender a vida útil da proteína ou aumentar sua capacidade de resistir a condições extremas."

Já existe algum desenvolvimento comercial de bioconjugados, tais como conjugados anticorpo-droga usados ​​para tratar câncer, embora as diretrizes sobre como melhorar o desempenho dessas substâncias permaneçam indefinidas.

Desenvolvendo novos, Bioconjugados úteis costumam ser difíceis e caros porque o processo tradicionalmente depende de tentativa e erro:os cientistas jogam muitos candidatos a polímeros contra uma parede proverbial de proteínas para ver o que "gruda" na forma de desempenho aprimorado. Mas assim como não faz sentido jogar uma bola de tênis em uma parede de Sheetrock esperando que ela grude, não faz sentido jogar certos polímeros em certas proteínas esperando que grudem.

Acelerar o desenvolvimento por meio de um design racional

Compreendemos a natureza das bolas de tênis e do drywall bem o suficiente para saber que "grudar" não é um resultado possível de sua interação, mas Page diz que os cientistas nem sempre entendem a natureza das proteínas e polímeros bem o suficiente para fazer previsões semelhantes quando se trata de bioconjugação.

"Em muitos casos, sabemos a estrutura da proteína, mas não sabemos a estrutura do polímero. Não sabemos de que forma é, onde se liga à proteína, ou como ele envolve ou interage com a proteína, "A página diz.

O que é necessário, Konkolewicz e Page dizem:é um conjunto de regras que permitiria o projeto racional de novos bioconjugados. Essas regras permitiriam aos químicos olhar para a estrutura de uma proteína alvo e projetar uma molécula de polímero do tamanho certo, forma, e função para se adequar especificamente.

"Seria ótimo poder dizer, 'OK, aqui está a proteína que tenho. Aqui estão as maneiras de estabilizá-lo, e aqui estão os tipos de polímeros que podemos usar para isso, '"A página diz.

A técnica que Page e Konkolewicz desenvolveram é o primeiro passo para permitir o estabelecimento de tal conjunto de regras.

Embora as técnicas anteriores para examinar as interações entre proteínas e polímeros em bioconjugados dependessem, por exemplo, feixes de nêutrons - equipamento muito caro disponível em um número limitado de instalações ao redor do mundo - a técnica dos químicos de Miami usa a tecnologia de ressonância magnética nuclear (NMR) prontamente disponível. A chave para a técnica é colocar grupos de relatórios nos polímeros sintéticos. Esses grupos de relatórios agem como balizas, permitindo que os pesquisadores vejam o quão próximo um polímero está de uma proteína, quando o bioconjugado está em um instrumento de NMR.

A acessibilidade da tecnologia de RMN é importante porque aumenta muito a capacidade da comunidade de pesquisa de fazer descobertas.

"Não podemos olhar para todas as proteínas relevantes nós mesmos, "Konkolewicz diz." Teríamos que viver 500 anos para fazer isso. Ao torná-lo acessível, permitimos que outros grupos examinem suas proteínas de interesse - proteínas catalíticas, como nosso laboratório se concentra, ou proteínas terapêuticas, ou qualquer tipo que estudem. Esta técnica fornece escala. "

Uma inovação possibilitada pelo ambiente único de Miami

Fundamentalmente, A técnica de Konkolewicz e Page permite que químicos de todo o mundo colaborem no estabelecimento de um conjunto de regras de design para orientar o desenvolvimento mais rápido de bioconjugados que são eficazes e acessíveis para uso em aplicações industriais. incluindo produtos farmacêuticos e biocombustíveis. Esse é um resultado adequado para um esforço de pesquisa que nasceu da colaboração.

É historicamente incomum que cientistas de diferentes subcampos se unam como Konkolewicz, um químico sintético, e página, um bioquímico, tenho. Konkolewicz e Page dizem que seu avanço se deve ao fato de que a Universidade de Miami promove a colaboração e incentiva a exploração de uma ampla gama de especialidades.

“O ambiente que temos aqui em Miami, e a capacidade e incentivo para grupos colaborarem uns com os outros aqui, realmente nos colocou no ambiente certo para criar essa técnica inovadora, "A página diz.

Outro aspecto do ambiente único de Miami é o profundo envolvimento dos alunos de graduação na pesquisa. Quatro estudantes de graduação dos laboratórios de Konkolewicz e Page foram nomeados como autores de um artigo relatando sua técnica, que foi publicado recentemente no principal jornal da Royal Society of Chemistry Ciência Química .