28 فبراير 2023 (أخبار Nanowerk) واحدة من أغلى خطوات تصنيع الأدوية البروتينية مثل الأجسام المضادة أو الأنسولين هي خطوة التنقية: عزل البروتين عن المفاعل الحيوي المستخدم في إنتاجه. يمكن أن تمثل هذه الخطوة ما يصل إلى نصف التكلفة الإجمالية لتصنيع البروتين. في محاولة للمساعدة في تقليل هذه التكاليف ، ابتكر مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة جديدة لأداء هذا النوع من التنقية. نهجهم ، الذي يستخدم الجسيمات النانوية المتخصصة لبلورة البروتينات بسرعة في a جهاز ميكروفلويديك، يمكن أن تساعد في جعل الأدوية البروتينية ميسورة التكلفة ومتاحة ، خاصة في البلدان النامية. تم تصميم جهاز ميكروفلويديك لدمج محلول البروتين مع الجسيمات النانوية ثم تكوين الآلاف من القطرات الصغيرة المتطابقة. داخل كل من هذه القطرات ، تتفاعل البروتينات مع الجسيمات النانوية ، مما يساعدها على تكوين بلورات البروتين. (الصورة مقدمة من الباحثين) يقول كريبا فاراناسي ، أستاذ الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة: "يستخدم هذا العمل الجسيمات النانوية المترابطة حيويًا للعمل كقوالب لتعزيز تكوين بلورات البروتين بتركيزات منخفضة". "الهدف هو تقليل التكلفة بحيث يصبح هذا النوع من تصنيع الأدوية ميسور التكلفة في العالم النامي." أظهر الباحثون أن نهجهم يمكن استخدامه لبلورة الليزوزيم (إنزيم مضاد للميكروبات) والأنسولين. ويعتقدون أنه يمكن أيضًا تطبيقه على العديد من البروتينات المفيدة الأخرى ، بما في ذلك أدوية الأجسام المضادة واللقاحات. كارولين ماكوي ، طالبة الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، هي المؤلفة الرئيسية للدراسة التي تظهر في المجلة ACS المواد التطبيقية واجهات ("تحسين التنوي البلوري للبروتين باستخدام القوالب الموضعية على الجسيمات النانوية الوظيفية المتراكبة الحيوية والتعلم الآلي"). Henri-Louis Girard PhD '20 هو أيضًا مؤلف الورقة.

تنقية البروتين

تعد الأجسام المضادة والأدوية البروتينية الأخرى جزءًا من فئة متنامية من الأدوية تُعرف باسم الأدوية البيولوجية ، والتي تشمل أيضًا جزيئات مثل الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) ، بالإضافة إلى العلاجات القائمة على الخلايا. يتم إنتاج معظم الأدوية البروتينية بواسطة الخلايا الحية مثل الخميرة في المفاعلات الحيوية الكبيرة. بمجرد إنشاء هذه البروتينات ، يجب عزلها من المفاعل ، والتي تتم عادةً من خلال عملية تسمى كروماتوغرافيا. يتطلب الفصل الكروماتوغرافي ، الذي يفصل البروتينات بناءً على حجمها ، مواد متخصصة تجعل العملية مكلفة للغاية. قرر فاراناسي وزملاؤه تجربة نهج مختلف ، يعتمد على تبلور البروتين. غالبًا ما يبلور الباحثون البروتينات لدراسة هياكلها ، لكن العملية تعتبر بطيئة جدًا للاستخدام الصناعي ولا تعمل بشكل جيد عند تركيزات منخفضة من البروتين. للتغلب على تلك العقبات ، شرع مختبر فاراناسي في استخدام هياكل نانوية لتسريع عملية التبلور. في العمل السابق ، استخدم المختبر ميزات مقياس النانو لإنشاء مواد تصد الماء أو لتعديل الواجهات لحقن الأدوية البيولوجية عالية اللزوجة. في هذه الحالة ، أراد الباحثون تكييف الجسيمات النانوية حتى يتمكنوا من زيادة تركيز البروتين على السطح محليًا وتوفير نموذج يسمح للبروتينات بالمحاذاة بشكل صحيح وتشكيل البلورات. لإنشاء السطح الذي يحتاجون إليه ، قام الباحثون بتغطية جسيمات الذهب النانوية بجزيئات تسمى bioconjugates - وهي مواد يمكن أن تساعد في تكوين روابط بين الجزيئات الأخرى. في هذه الدراسة ، استخدم الباحثون المركبات الحيوية التي تسمى مالييميد و NHS ، والتي تستخدم عادة لعلامات البروتينات للدراسة أو ربط الأدوية البروتينية بالجسيمات النانوية التي توصل الأدوية. في فيديو الفاصل الزمني هذا ، تتشكل بلورات البروتين بسرعة أكبر على الجسيمات النانوية التي تعمل بجزيئات تسمى المرافقات الحيوية (أعلى). لا تحتوي الجسيمات النانوية الموجودة في الأسفل على جزيئات المتقارن الحيوي. (الصورة مقدمة من الباحثين) عندما تتعرض محاليل البروتينات لهذه الجسيمات النانوية المغلفة ، تتراكم البروتينات على السطح وترتبط بالمقترنات الحيوية. علاوة على ذلك ، فإن المقارنات الحيوية تجبر البروتينات على محاذاة نفسها مع اتجاه معين ، مما يخلق سقالة لبروتينات إضافية لتأتي وتنضم إلى البلورة. أظهر الباحثون نهجهم مع الليزوزيم ، وهو إنزيم تمت دراسة خصائص تبلوره جيدًا ، والأنسولين. يقولون أنه يمكن أيضًا تطبيقه على العديد من البروتينات الأخرى. "هذا نهج عام يمكن توسيع نطاقه ليشمل أنظمة أخرى أيضًا. يقول فاراناسي: إذا كنت تعرف بنية البروتين التي تحاول بلورتها ، فيمكنك حينئذٍ إضافة المركبات الحيوية الصحيحة التي ستجبر هذه العملية على الحدوث.

التبلور السريع

في دراساتهم على الليزوزيم والأنسولين ، وجد الباحثون أن التبلور يحدث بشكل أسرع عندما تتعرض البروتينات للجسيمات النانوية المغلفة بالمتقارن الحيوي ، مقارنة بالجسيمات النانوية العارية أو بدون الجسيمات النانوية. مع الجسيمات المطلية ، رأى الباحثون انخفاضًا بمقدار سبعة أضعاف في وقت الحث - المدة التي تستغرقها البلورات لبدء التكوين - وزيادة بمقدار ثلاثة أضعاف في معدل التنوي ، وهي السرعة التي تنمو بها البلورات بمجرد أن تبدأ. يقول ماكوي: "حتى في التركيزات المنخفضة من البروتين ، نرى المزيد من البلورات تتشكل مع هذه الجسيمات النانوية المترابطة حيويًا". "تقلل الجسيمات النانوية الوظيفية من وقت الحث كثيرًا لأن هذه المركبات الحيوية توفر موقعًا محددًا لربط البروتينات. ولأن البروتينات متوائمة ، يمكنها تكوين بلورة بشكل أسرع. " بالإضافة إلى ذلك ، استخدم الفريق التعلم الآلي لتحليل آلاف صور البلورات. "تبلور البروتين هو عملية عشوائية ، لذلك كنا بحاجة إلى مجموعة بيانات ضخمة لنكون قادرين على قياس ما إذا كان نهجنا يحسن وقت الحث ومعدل التنوي للتبلور. مع وجود الكثير من الصور التي يجب معالجتها ، فإن التعلم الآلي هو أفضل طريقة لتكون قادرًا على تحديد متى تتشكل البلورات في كل صورة دون الحاجة إلى المرور وإحصاء كل صورة يدويًا ، كما يقول ماكي. هذا المشروع هو جزء من جهود مؤسسة بيل وميليندا جيتس لصنع الأدوية البيولوجية ، مثل الأجسام المضادة الوقائية التي ثبت أنها تمنع الملاريا في التجارب السريرية ، وهي متاحة على نطاق واسع في الدول النامية. يعمل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن على توسيع نطاق العملية بحيث يمكن استخدامها في مفاعل حيوي صناعي ، وإثبات قدرتها على العمل مع الأجسام المضادة وحيدة النسيلة واللقاحات والبروتينات المفيدة الأخرى. يقول فاراناسي: "إذا تمكنا من تسهيل تصنيع هذه البروتينات في أي مكان ، فيمكن لكل فرد في العالم الاستفادة". "نحن لا نقول أن هذا سيتم حله غدًا بسببنا ، ولكن هذه خطوة صغيرة يمكن أن تساهم في هذه المهمة."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62471.php