Veel van de meest veelbelovende geneesmiddelen die in ontwikkeling zijn, zijn eiwitten, vaak antistoffen, om patiënten te helpen ziekten te bestrijden. Deze eiwitten moeten worden gezuiverd als onderdeel van het productieproces - een taak die lastig kan zijn en kan leiden tot kostbaar afval.

Wetenschappers hebben geworsteld om de beweging van eiwitten direct te meten, bekend als eiwitdiffusie, in materialen die zowel vaste als vloeibare componenten bevatten. Ze zijn het ook oneens over hoe beweging aan het oppervlak van het materiaal bijdraagt ​​aan eiwitbeweging bij gebruik van ionenuitwisselingschromatografie, een laboratorium- en fabricagemethode voor het scheiden van materialen op basis van hun lading. Eiwitten kunnen in de poriën van harskorrels kruipen die worden gebruikt om ionenuitwisselingschromatografie uit te voeren en zich aan de wanden binden, op basis van lading.

Nutsvoorzieningen, een team van ingenieurs van de Universiteit van Delaware, met een medewerker van farmaceutisch bedrijf Amgen, heeft aangetoond dat oppervlaktediffusie in eiwittransport in ionenuitwisselingskorrels afhangt van adsorptie-affiniteit - een maat voor aantrekkingskracht tussen de twee materialen. Door gebruik te maken van deze relatie, het team ontwikkelde een procedure om een ​​monoklonaal antilichaam te zuiveren - een type molecuul dat immuniteit bemiddelt - met een productiviteit die 43% hoger ligt dan normaal.

De resultaten van het team werden gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences in maart. De auteurs van het artikel zijn Ohnmar Khanal, een doctoraatsstudent in de chemische technologie; Vijesh Kumar, postdoctoraal onderzoeker in chemische technologie; Fabrice Schlegel, een hoofdingenieur bij Amgen; en Abraham Lenhoff, Allan P. Colburn Hoogleraar Chemische Technologie.

"We presenteren een zeer sterk argument voor de betekenis van oppervlaktediffusie, en we gebruiken meerdere benaderingen om het belang ervan te bevestigen door middel van een eenvoudige techniek die meteen kan worden geïmplementeerd, ' zei Kanal.

Het team gebruikte chromatografie, mechanistische modellering, confocale microscopie en kleine-hoek neutronenverstrooiing. De laatste werd uitgevoerd in het National Center for Neutron Research van het National Institute for Standards and Technology.

Door de diffusie van het eiwitoppervlak in ionenuitwisselingschromatografie te begrijpen en te benutten, onderzoekers kunnen voortbouwen op dit werk en methoden ontwikkelen om afval tijdens het dure productieproces van geneesmiddelen te verminderen.

"Ionenuitwisselingschromatografie van eiwitten is een absoluut belangrijke operatie in de biofarmaceutische productie, ’ zei Lenhoff.

Kumar en Lenhoff werken nu aan een apart project gefinancierd door het National Institute for Innovation in Biopharmaceutical Manufacturing, gevestigd aan de Universiteit van Delaware, om wiskundige modellen van chromatografie te ontwikkelen, die efficiëntere manieren zouden kunnen bieden om productieprocessen te ontwerpen en te ontwikkelen.

Onderzoekers kunnen ook voortbouwen op dit nieuwe fundamentele begrip van eiwitdiffusie en het misschien toepassen op andere problemen. Eiwitdiffusie op oppervlakken is een belangrijk fenomeen in het lichaam, te. Beweging en fibrillatie van amyloïde-ß in de hersenen is in verband gebracht met neurogeneratieve ziekten, bijvoorbeeld, en de diffusie van het eiwitoppervlak kan de prestaties van biosensoren beïnvloeden.

"Dit is een voorbeeld van hoe fundamenteel onderzoek kan leiden tot praktische toepassingen en significante verbeteringen in die praktische toepassingen, ’ zei Lenhoff.

En het begon allemaal met een brainstorm, waar Khanal meer diepgaand onderzoek suggereerde naar de relatie van oppervlaktediffusie tot bindingsaffiniteit op de geladen oppervlakken met behulp van complementaire hulpmiddelen.

“Toen we hiermee begonnen, we hadden nooit gedacht dat we zo ver zouden gaan, "zei Kumar. "Het begon als een heel klein idee."