Des chercheurs de l'Université Rice ont découvert que l'adsorption de la transferrine à l'interface en nylon en chromatographie (en haut) induit le dépliement partiel de la protéine (en bas). Ce déploiement est renforcé en présence de sel. Le contrôle du processus pourrait aider à construire de meilleurs modèles pour prédire la séparation des protéines, un processus critique dans la fabrication de médicaments. Crédit :Groupe de Recherche Landes/Université du Riz
Avec beaucoup de travail et une pincée de sel, Les scientifiques de l'Université Rice ont fait un pas vers la simplification de la fabrication de médicaments.
La chimiste du riz Christy Landes et ses collègues ont rapporté dans le Actes de l'Académie nationale des sciences leur stratégie pour rendre la séparation des protéines par membrane polymère plus efficace.
"Il en coûte environ 3 milliards de dollars pour apporter un médicament basé sur une protéine biologique au consommateur, " a déclaré Landes. " Et environ la moitié de cela peut être dû au fait que la purification se fait par essais et erreurs. Des milliards de dollars sont gaspillés chaque année parce qu'il n'y a aucun moyen de concevoir de manière prédictive un schéma de séparation pour une protéine."
Le laboratoire Rice développe des modèles pour prédire comment le réglage du comportement des protéines individuelles aux interfaces membranaires affectera la séparation.
A travers leurs recherches, ils ont découvert comment utiliser du sel pour régler deux interactions distinctes entre un support de phase stationnaire en nylon et une protéine modèle, transferrine, contribue à rendre les séparations plus efficaces.
Les chercheurs se sont concentrés sur le sel, parce que le "salage" est une étape courante en chromatographie, un processus standard de l'industrie par lequel les éléments d'une solution sont séparés, ou "purifié". Les filtres peuvent être des matériaux naturels comme le sol, absorbants comme la cellulose ou, de plus en plus, polymères, y compris le nylon.
Une illustration montre deux modes d'interaction transferrine-nylon, un mécanisme de "saut" connu sous le nom de CTRW (orange) et d'adsorption-désorption à site unique (bleu). Les chimistes de l'Université Rice ont montré comment le sel modifie les interactions de surface dans la chromatographie utilisée pour séparer les protéines médicamenteuses et ont suggéré que la limitation de la diffusion CTRW dans la phase stationnaire améliorerait la séparation. Crédit :Groupe de Recherche Landes/Université du Riz
"Pensez à ces filtres comme des arrêts le long d'une autoroute, " a déclaré le co-auteur Logan Bishop, qui a combiné ses simulations avec les expériences de l'auteur principal Nicholas Moringo. Tous deux sont diplômés de la National Science Foundation (NSF) à Rice.
"Le premier arrêt sépare les gros gréements, le prochain arrêt reçoit les camionnettes, et finalement tu te retrouves avec les voitures normales que tu veux, " L'évêque a dit. " Ici, nous parlons de toutes les différentes forces qui séparent les différents composants lorsqu'un mélange se déplace dans la colonne."
Le sel dissous crée des ions solvatés qui interagissent avec les protéines et les ajustent pour soit s'arrêter et interagir avec la colonne de chromatographie, soit se déplacer dans la colonne. A la fin du salage, la protéine souhaitée peut être extraite de la colonne avec un solvant et mise à disposition pour d'autres étapes de purification.
Comment exactement le sel influence la séparation n'est qu'une question à laquelle les chercheurs espèrent répondre à travers leurs expériences et simulations. "La chose la plus importante que nous ayons faite dans cet article était de marier les observations de protéines individuelles interagissant à l'interface nylon à une compréhension de la manière exacte dont elles interagissent, " Landes a déclaré. "Nos simulations nous permettent maintenant de prédire l'amélioration des efficacités de séparation dans des conditions réalistes."
Les chercheurs ont identifié des forces concurrentes à la surface du nylon qui pourraient être ajustées par la concentration de sel. Les observations ont révélé que les protéines de transferrine repliées avaient tendance à sauter autour du nylon, mais ils se déplient partiellement une fois attachés à la membrane. Des concentrations de sel plus élevées les déploient encore plus, diminuant le saut et permettant aux interactions membranaires d'améliorer l'efficacité de séparation.
Nicolas Moringo, la gauche, et Logan Bishop, les deux boursiers diplômés de la National Science Foundation à l'Université Rice, discuter d'un détail de leur travail pour affiner les modèles de la façon dont le sel modifie les interactions de surface dans la chromatographie utilisée pour séparer les protéines médicamenteuses précieuses. La recherche pourrait être une étape vers la simplification de la fabrication de médicaments. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
"Le sel règle la répartition de ces deux manières d'interagir, et il modifie également la structure de la protéine à l'interface, " Landes a déclaré. "Mais ils ne sont chacun qu'une partie de la concurrence à l'échelle micro qui vous donne l'effet macroscopique. C'est pourquoi il est si coûteux d'optimiser le processus par essais et erreurs."
« Nous aimerions pouvoir tester une bibliothèque de chimies de surface dans différentes conditions en un seul coup sur une lamelle, afin d'identifier les conditions idéales de séparation, " dit Moringo. " Ensuite, nous pouvons utiliser la simulation pour prédire quelle réponse combinatoire sur votre puce sera la bonne pour optimiser la séparation. "
Il faudra des années avant que les simulations intègrent tous les paramètres possibles, mais c'est un voyage qui vaut la peine d'être fait pour améliorer la conception et la fabrication des médicaments, dit l'évêque. "Le modèle n'est pas assez complexe, et il y a un argument selon lequel nous ne pourrons jamais égaler la complexité du processus de chromatographie, ", a-t-il déclaré. "Mais notre espoir est que nous puissions obtenir une approximation suffisamment proche pour commencer à réduire certains de ces coûts et nous rapprocher d'une vraie solution."
Landes constate que les laboratoires pharmaceutiques maîtrisent leurs techniques actuelles, dans la mesure où ils vont. "Personne ne sait mieux que les ingénieurs industriels comment optimiser un processus pour obtenir le plus de résultats pour le moins d'argent, tant qu'ils restent sur le chemin qu'ils suivent depuis 70 ans, " dit-elle. "Mais nous nous dirigeons vers une voie de transformation. C'est à cela que sert la recherche universitaire."
