Een geavanceerde digitale tool die het goedkoper maakt, veiliger en sneller voor farmaceutische bedrijven om eiwitstabiliteit te voorspellen - een essentiële stap in de ontwikkeling van nieuwe medicijnen - wordt uitgerold door wetenschappers van de Britse Universiteit van Bath via hun spin-outbedrijf, BLOC Labs.

Het gereedschap, deze week gelanceerd, zal onderzoekers helpen bij het identificeren van de meest veelbelovende eiwitmoleculen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. Het kan een belangrijke rol spelen bij de aanmaak van monoklonale antilichamen (mAbs). De markt voor deze therapeutische antilichamen is meer dan £ 70 miljard waard.

Monoklonale antilichamen zijn een soort eiwit dat is afgeleid van natuurlijke antilichamen en vervolgens wordt verfijnd en in massa geproduceerd in het laboratorium. Ze veranderen gestaag de manier waarop we ziekten behandelen en voorkomen, van kanker en aandoeningen die het immuunsysteem aantasten tot virale infecties. De pandemie van het coronavirus heeft bijzondere belangstelling gewekt voor mAbs, aangezien een aantal eiwitkandidaten veelbelovend zijn als therapieën voor de behandeling van COVID-19, en worden momenteel getest bij mensen.

Stabiliteit is de sleutel

Alleen mAbs waarvan bekend is dat ze stabiel zijn (dat wil zeggen, ze breken niet gemakkelijk af en klonteren niet samen om giftige verbindingen te vormen) zijn geschikt voor ontwikkeling, en het vinden van een stabiele kandidaat draagt ​​enorm bij aan de kosten en tijd van het vinden van nieuwe medicijnen.

Tot nu, het proces van het bepalen van de eiwitstabiliteit is een grote hoofdpijn voor farmaceutische bedrijven, met onderzoekers die enorme bibliotheken van moleculen testen in hun zoektocht naar eiwitten met geneeskrachtige eigenschappen. Echter, de tool die in Bath is ontwikkeld - Quantitative Understanding of Bio-molecular Edge-Shift (QUBES) genoemd - kan de stabiliteit van eiwitten met verbazingwekkende snelheid en nauwkeurigheid voorspellen.

Dr. Chris Pudney van de afdeling Biologie en Biochemie van de universiteit en ontwikkelaar van QUBES, zei:"We zijn erg enthousiast over het potentieel van QUBES omdat het onmiddellijk kan worden gebruikt in de biofarmaceutische industrie voor kwaliteitsborging, formulering en ontwikkeling."

Hij voegde eraan toe:"Eiwitten zijn notoir onstabiel om een ​​goede reden - het lichaam wil ze constant recyclen. Maar met een therapeutisch product, je hebt stabiliteit nodig - als een eiwit afbreekt en aggregeert, het wordt giftig. Het vinden van stabiele eiwitten is enorm duur voor farmaceutische bedrijven, maar het gebruik van onze tool om de best mogelijke molecule te vinden, zal de tijd en kosten van ontwikkeling enorm verminderen."

Qubes vingerafdrukken

QUBES werkt door onderzoekers in staat te stellen nauwkeurig de structuur van een eiwit te 'vingerafdrukken' en de stabiliteit te voorspellen onder bijna elke conditie van concentratie of formulering. De techniek maakt gebruik van fluorescentie om de eiwitstructuur in kaart te brengen en past vervolgens een wiskundig algoritme toe, op basis van de positie en het type van de atomen van het eiwit, stabiliteit te berekenen. Dankzij een online softwarepakket, ook ontwikkeld in Bath, kunnen laboratoria hun fluorescentiegegevens overal ter wereld interpreteren, met behulp van apparatuur die in de meeste biochemische laboratoria te vinden is zonder aanpassingen.

Voortbordurend op de vingerafdruktechniek, Dr. Pudney zei:"Eiwitten bevatten tryptofaan - een aminozuur dat fluorescerend licht uitstraalt. Elk eiwitmolecuul heeft een unieke fluorescerende signatuur, en QUBES maakt gebruik van dit optische fenomeen, het toepassen van wiskundige technieken om de fluorescentie te analyseren en te interpreteren.

"De softwaresuite neemt dit academische werk over en maakt het ongelooflijk gemakkelijk voor mensen om te gebruiken. Je kunt het op elke machine uitvoeren, zelfs op je mobiele telefoon. Het is supersnel en supergemakkelijk, en het biedt een ongelooflijk hoog beveiligingsniveau - in feite, we hebben een beveiligingsgraad die normaal is voorbehouden aan de financiële dienstverlening."

Wat QUBES onderscheidt van zijn concurrenten is de kwaliteit van zijn metingen en zijn extreme flexibiliteit. Dr. Pudney legt uit:"Onze aanpak is niet alleen sneller, nauwkeuriger en gevoeliger dan al het andere op de markt, maar het kan ook stabiliteit voorspellen bij elke concentratie en in elke formulering - in tegenstelling tot andere instrumenten op de markt, die voorwaarden vereisen."

Het team van Dr. Pudney heeft onlangs een validatiestudie van de QUBES-technologie uitgevoerd met het National Physical Laboratory (NPL) onder het door de overheid gesteunde 'Measurement for Recovery Scheme'-schema, die onafhankelijke validatie van technologie biedt door de toonaangevende analytische faciliteit van het land.

Dr. Alex Jones, die de studie leidde bij NPL, zei:"We hebben de QUBES-aanpak getest met behulp van een reeks analytische methodologieën en ontdekten dat het subtiele veranderingen in eiwitstructuur en stabiliteit met opmerkelijke gevoeligheid volgt in vergelijking met gevestigde methodologieën. De aanpak is snel en eenvoudig te implementeren."

Het onderzoek is gepubliceerd in de Biochemisch tijdschrift en de QUBES-software is beschikbaar voor commerciële proef via BLOC Laboratories Ltd:www.bloclaboratories.com.