Een nieuwe fysieke vorm van eiwitten, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin, zou behandelingen voor kanker en andere ziekten drastisch kunnen verbeteren. evenals het overwinnen van enkele van de grootste uitdagingen op het gebied van therapie:het veilig afleveren van medicijnen aan patiënten, gemakkelijker en effectiever.

De eiwitformuleringsstrategie, ontwikkeld door docenten en studenten van de afdeling Chemical Engineering van de Cockrell School of Engineering, is ongekend en biedt een nieuwe en universele benadering van medicijnafgifte - een die een revolutie teweeg kan brengen in de behandeling van kanker, artritis en infectieziekten.

"Wij geloven dat deze ontdekking van een nieuwe, sterk geconcentreerde vorm van eiwitten - clusters van individuele eiwitmoleculen - een ontwrichtende innovatie is die de manier waarop we ziekten bestrijden, zou kunnen veranderen. " zei Keith P. Johnston, een professor in de chemische technologie en lid van de National Academy Engineering. "Het vereiste de integratie van uitdagende bijdragen in fundamentele wetenschap en techniek van drie van onze onderzoeksgroepen op het gebied van chemische technologie."

Het onderzoek, onder leiding van Johnston, Professor in de chemische technologie Thomas M. Truskett en assistent-professor Jennifer Maynard, werd onlangs online gepubliceerd voordat een gedrukte versie binnenkort in de ACS Nano logboek.

"De echte uitdaging bij het ontwikkelen van therapieën is hoe je ze aan patiënten levert." zei Maynard.

Typisch, eiwitbiofarmaceutica worden intraveneus toegediend in verdunde concentraties in een ziekenhuis of kliniek. Wetenschappers en ingenieurs hebben lang geprobeerd om veilige medicijnen te produceren in hogere concentraties, zodat een patiënt de medicijnen thuis zelf kan injecteren, vergelijkbaar met een insuline-injectie. Maar dat werd belemmerd door het feit dat eiwitten, in hooggeconcentreerde formuleringen, vormen aggregaten die gevaarlijk kunnen zijn voor patiënten en gels die niet kunnen worden geïnjecteerd.

Het onderzoeksteam van de Cockrell School heeft een nieuwe fysieke vorm van eiwitten geïntroduceerd, waarbij eiwitten zijn verpakt in hooggeconcentreerde, nanometergrote clusters die door een naald in een patiënt kunnen gaan om ziekte te behandelen. De nieuwe samenstelling vermijdt de valkuilen van eerdere pogingen omdat medicijneiwitten zo dicht op elkaar zijn geclusterd dat ze zich niet ontvouwen of gevaarlijke aggregaten vormen.

"Dit algemene fysieke concept voor het vormen van zeer geconcentreerde, maar stabiel, eiwitdispersies is een belangrijke nieuwe richting in de eiwitwetenschap, ' zei Johnston.

Een belangrijke stap vooruit kwam in 2004, toen Truskett voorspelde dat op eiwit gebaseerde geneesmiddelen in oplossing stabiel zouden zijn als ze op de een of andere manier in ultrahoge concentraties zouden kunnen worden geformuleerd. In die tijd, Johnston had nanodeeltjes van geconcentreerd stabiel eiwit, maar wist niet hoe hij ze in een injecteerbare vorm moest dispergeren.

In 2009, het team vormde eiwitnanoclusters in water door simpelweg de pH goed aan te passen (om de eiwitlading te verlagen) en suiker toe te voegen om eiwitmoleculen samen te voegen. Na verdunning of subcutane injectie in een muis scheiden de eiwitten zich weer af tot individuele stabiele moleculen met biologische activiteit. Eenmaal geïnjecteerd, het eiwit in de bloedbaan valt gerichte cellen en tumoren aan op dezelfde manier als voor eiwit dat via IV-therapie wordt afgeleverd. Om een ​​routekaart te bieden voor het verbeteren van het ontwerp van nanoclusters, afgestudeerde scheikundige ingenieurs, Andrea Miller en Ameya Borwankar werkten samen met Truskett en Johnston om een ​​nieuwe thermodynamische theorie te ontwikkelen.

Een andere doorbraak voor het team kwam in 2009 toen een senior chemisch ingenieur, Brian Wilson, creëerde een transparante dispersie van extreem geconcentreerd eiwit, die later bleek te zijn gevormd uit nanoclusters.

"Door Brians discussies over het onderzoek, zowel binnen als buiten het klaslokaal, tal van bachelorstudenten aan de UT beseffen nu de enorme mogelijkheden die ze hebben om bij te dragen aan de wetenschap, techniek en de menselijke gezondheid wanneer ze betrokken raken bij onderzoeksprojecten, ' zei Johnston.

Sinds de start van het onderzoek in 2004, drie octrooiaanvragen zijn ingediend via het Office of Technology Commercialization van de universiteit.