Los investigadores de la Universidad Carnegie Mellon han desarrollado métodos que aceleran el proceso de desarrollo de moléculas biológicas y sintéticas ligadas químicamente en más de 10 veces en condiciones naturales. Los resultados, que casan la biología y la química, podría hacer la producción de bioconjugados para uso en biomedicina, ciencia de los Materiales, y otros campos más eficientes y rentables.

Los bioconjugados se forman cuando una molécula biológica se une con otra molécula mediante enlaces covalentes. Por ejemplo, en el caso de los fármacos biológicos, como el interferón, el fármaco está conectado a polímeros que actúan como un manto de nano-armadura que protege al fármaco del daño hasta que alcanza su objetivo.

Mientras promete, hacer bioconjugados ha sido caro, consume mucho tiempo y es difícil de controlar.

Alan Russell, el profesor de carrera distinguido de Highmark, un profesor de ingeniería química, y director del Instituto de Tecnología de Salud Disruptiva de Carnegie Mellon, y Krzysztof Matyjaszewski, el profesor de Ciencias Naturales de la Universidad J.C. Warner y profesor de química, han descubierto cómo acelerar el proceso y realizar la química de este proceso en condiciones verdaderamente naturales. Russell y Matyjaszewski codirigen el Centro de Ingeniería de Proteínas Basadas en Polímeros en Carnegie Mellon.

Los bioconjugados se elaboran tradicionalmente en solución, y la purificación después de cada paso puede llevar días o semanas. Incluso en manos de un científico experto, puede llevar una semana hacer algunos conjugados.

Russell y Matyjaszewski rediseñaron la química para hacer bioconjugados para disminuir significativamente el tiempo de síntesis y purificación e hicieron el enfoque tan sencillo que incluso los no expertos podrían crear bioconjugados. El trabajo, realizado por un equipo de Carnegie Mellon con Russell, Matyjaszewski, estudiante de doctorado Stefanie Baker, y los investigadores Hironobu Murata y Sheiliza Carmali:se basa en una técnica llamada Polimerización Radical de Transferencia Atómica (ATRP), un método novedoso de síntesis de polímeros desarrollado por el laboratorio de Matyjaszewski que ha revolucionado la forma en que se fabrican las macromoléculas.

En un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , introdujeron el nuevo método de cultivo de polímeros en proteínas, conocido como Protein-ATRP sobre soporte de inmovilización reversible (PARIS). Utiliza una técnica de "injerto desde" que controla exquisitamente el crecimiento de pelos moleculares sintéticos de la superficie de las proteínas. Estos pelos pueden formar una fuerte nano-armadura que protege la biomolécula.

Russell y Matyjaszewski también publicaron recientemente un avance importante en la creación de bioconjugados usando ATRP en Edición internacional de Angewandte Chemie . ATRP es muy sensible al oxígeno atmosférico, lo que limita su uso en condiciones naturales. Este papel, en coautoría con el asociado postdoctoral Alan Enciso y la estudiante de doctorado Liye Fu, describe un nuevo método, conocido como "respiración ATRP, "que es completamente tolerante al oxígeno.

"La idea básica se inspiró en los ciclos respiratorios clásicos que operan en las células, "dice Matyjaszewski, en un artículo para Nature Reviews Chemistry. "Este es el primer ejemplo de una solución totalmente tolerante al oxígeno, ATRP bien controlado ".

Estos nuevos métodos para cultivar polímeros y blindar proteínas tienen el potencial de afectar muchos aspectos de nuestra vida diaria.

"Mucha gente usa enzimas en su vida diaria, ", dice Russell." Usamos proteínas y enzimas en los detergentes para ropa, fabricación de cerveza, fabricación de papel, medicamentos, y mucho más. Nuestro trabajo tiene como objetivo mejorar el impacto que estas proteínas tienen en nuestras vidas ".

La investigación publicada en Comunicaciones de la naturaleza fue financiado por Carnegie Mellon University Center for Polymer-Based Protein Engineering.

La investigación publicada en Angewandte Chemie fue financiado por la National Science Foundation (1707490), el Consejo Mexicano de Ciencia y Tecnología y el Centro Universitario Carnegie Mellon para la Ingeniería de Proteínas Basadas en Polímeros.