Especialistas médicos usam terapias genéticas para uma variedade de doenças – tratando a hemofilia com um gene do fator de coagulação ou administrando DNA ou RNA terapêutico a um paciente com câncer.
Mas os médicos precisam de um meio de entregar esse gene curativo a um alvo no corpo do paciente. A solução deles tem sido aproveitar vírus para transportar o materials, mas os tratamentos são muito caros, limitados na quantidade de materials genético que pode ser entregue e podem desencadear reações negativas.
Agora, pesquisadores do laboratório do ganhador do Nobel David Baker, no Instituto de Design de Proteínas da Universidade de Washington criaram uma maneira de construir gaiolas de proteínas semelhantes a vírus que poderiam um dia servir como cápsulas de entrega para cargas úteis que salvam vidas.
Duas estratégias para projetar as gaiolas de proteínas são descritas em artigos consecutivos publicados hoje na revista Nature.
As descobertas abrem novas possibilidades para projetar proteínas do zero, disse Shunzhi Wangex-bolsista de pós-doutorado do Baker Lab. Ele agora é professor assistente na Grossman College of Medication da Universidade de Nova York. Wang foi o autor principal dos artigos, acompanhado por Sangmin Lee, David Chemielewsk, Baker e outros.
Para visualizar as novas gaiolas de proteínas, think about uma bola de futebol construída a partir de pentágonos e hexágonos em um padrão repetido descrito como “quasimetria” porque as subunidades são idênticas, mas têm vizinhos diferentes.
Anteriormente, os cientistas podiam fazer gaiolas de proteínas simétricas a partir de um ou dois tipos de blocos de construção, mas isso limitava o seu tamanho complete. Durante uma conversa informal na tarde de sexta-feira, Wang, Lee e Baker tiveram a ideia de misturar blocos de construção trocando parceiros de configurações de proteínas anteriores.
“Na verdade, foi uma descoberta fortuita”, disse Wang.
O processo não correu bem no início, com as proteínas muitas vezes reunidas em globos. Mas ao levar em conta diferentes características geométricas e realizar muitos experimentos, os cientistas desenvolveram instruções que produziram proteínas com curvatura. À medida que essas proteínas curvas se uniram, sentiram um ambiente mais lotado e responderam formando uma mistura de pentágonos e hexágonos para criar uma configuração mais espaçosa.
As gaiolas quase simétricas resultantes eram duas a três vezes maiores do que aquelas formadas por uma única forma, aproximando os cientistas dos designs complexos encontrados em estruturas virais que ocorrem naturalmente e abrindo espaço para cargas genéticas maiores.
“Esses artigos mostram que o design de proteínas está começando a capturar alguns dos princípios arquitetônicos que a natureza usa para construir em escalas muito grandes”, disse Baker em comunicado.
Estudos adicionais são necessários antes que as gaiolas proteicas estivessem prontas para pesquisas e tratamentos em humanos. Isso inclui testes de sua imunogenicidade – a resposta imunológica que podem desencadear se o corpo os perceber como invasores perigosos.
Mais adiante, Wang imagina as estruturas operando como uma placa-mãe de computador na qual componentes modulares essenciais podem ser colocados em camadas. Neste caso, isso poderia incluir a adição de locais de ligação para direcionar a gaiola proteica para um alvo celular específico.
“Essa é a beleza disso”, disse ele. “Podemos fabricar cápsulas personalizadas para construir e fabricar medicamentos genéticos mais precisos.”
Os artigos da Nature são intitulados: “Projeto de nanogaiolas de proteínas quasisimétricas de um componente” e “Projeto de novo de gaiolas de proteínas quase simétricas de dois componentes”. As instituições que lideraram a pesquisa foram o IPD, a Langone Well being da NYU e a Universidade de Ciência e Tecnologia Pohang da Coreia do Sul. Os colaboradores incluíram o Holt Lab da Grossman College of Medication da NYU e os laboratórios DiMaio e Veesler da UW.
