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新方法加速蛋白质疗法的发展

糖基化(糖与蛋白质的结合)在细胞功能和疫苗等治疗药物的开发中都起着至关重要的作用。

但是,由于研究人员已经利用哺乳动物细胞创建了生物合成途径(一组酶催化剂)来构建和研究这些糖结构,因此该过程历来花费了很长时间,并且需要专门的实验室设备。

西北工程研究人员现已开发出一种快速,无细胞的系统来构建和研究这些途径。该系统名为GlycoPRIME,可以加快治疗方法的开发速度,并提供一种新的模块化方法,以在资源有限的情况下按需生产药物。

“这是一种令人兴奋的新方法,它可以通过糖基化来加速潜在药物和疫苗的设计和工程设计,”查尔斯·德林克·麦考密克卓越教学教授,化学与生物工程学教授,西北合成生物学中心主任迈克尔·杰维特说,谁领导了这项研究。“这将掀开一本新书,以特定的应用工程改造自然界中不存在的蛋白质。”

结果发表在11月27日的“ 自然通讯 ”杂志上。西北地区的麦考密克工程学院的生物医学工程,化学以及细胞和分子生物学的亨利·韦德·罗杰斯教授,米兰·麦克西克(Milan Mrksich)是该论文的合著者。他还是西北航空研究的临时副总裁。

发现糖基化途径的新方法

糖基化在蛋白质药物的开发中很重要,蛋白质药物包括从抗癌药(如赫赛汀)到流感疫苗和破伤风疫苗的一切。糖结构使这些蛋白质保持稳定,同时使它们能够执行任务,例如攻击癌细胞或重新训练免疫系统。

开发这些药物通常需要多年的时间和一个具有高度专业设备的实验室来培养哺乳动物细胞。这些哺乳动物细胞天然产生糖基化蛋白,但生长缓慢且可能难以工程改造,从而限制了可以构建和测试的糖基化结构的数量和多样性。

杰维特(Jewett)的实验室已经开发出了无细胞系统,该系统可以产生产生某些蛋白质所需的酶,但是直到现在,这些过程仍无法产生糖基化产物,而无需重新设计活细胞。

Weston Kightlinger博士 Jewett实验室的一名学生开发了一种新方法,用于构建,测试和评估可模块化构建用于蛋白质治疗的糖的酶。该过程涉及在试管中产生然后混合和匹配的酶,以发现并了解构建所需糖结构所需的酶。

Kightlinger将这一过程比喻为建造飞行器的过程。人们不用建造复杂且难以制造的鸟,而是建造比鸟简单得多的飞机,但可以将它们设计成能够以相同的方式飞行。他说:“我们正在移液而不是重建细胞。” “这样做,您可以在几小时而不是几周内将DNA从糖蛋白转变为糖蛋白。”

在短短几个月内,Kightlinger使用该系统构建了37条途径,创建了23种独特的糖结构,其中18种从未在蛋白质上合成。

杰维特说:“我们现在可以混合搭配以建立生物合成途径,速度比传统方法快一个数量级。” “梦想是创建可以按需开发的新型糖蛋白,以开发新型蛋白质药物。”

开发疗法和疫苗的新方法

研究人员利用这一过程开发了一种可以通过糖结构修饰的蛋白疫苗候选物,该糖结构可以触发免疫系统,还可以使用一种糖治疗性抗体片段,这种糖可以在体内循环时稳定蛋白质。未来的工作将使用本文中开发的其他途径来创建可以针对体内某些区域的糖基化蛋白疫苗和治疗剂。该系统还可用于提供模块化的按需生物制造平台,该平台可在资源有限的环境中提供药品或疫苗。

Kightlinger说:“由于该系统是如此强大和简单,它可以教给我们更多有关这些糖结构实际作用方式的知识。” “这将使我们能够优化它们,以更好地理解要采用的结构。”

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