La síntesis rápida podría impulsar el desarrollo de fármacos

Los pequeños fragmentos de proteínas, también llamados péptidos, son prometedores como fármacos porque pueden diseñarse para funciones muy específicas dentro de las células vivas. La insulina y el fármaco contra el VIH Fuzeon son algunos de los primeros ejemplos de éxito, y se espera que los fármacos peptídicos se conviertan en un mercado de 25.000 millones de dólares en 2018.

Sin embargo, un importante cuello de botella ha impedido que los fármacos peptídicos alcancen su máximo potencial: la fabricación de los péptidos lleva varias semanas, lo que dificulta la obtención de grandes cantidades y la prueba rápida de su eficacia.

Los químicos del MIT han ideado una forma de combinar rápidamente aminoácidos en fragmentos de proteínas conocidos como péptidos. Ilustración de Alexander Vinogradov.

Ese cuello de botella puede desaparecer pronto: un equipo de químicos e ingenieros químicos del MIT ha diseñado una forma de fabricar péptidos en tan solo unas horas. El nuevo sistema, descrito en un número reciente de la revista ChemBioChem , podría tener un impacto importante en el desarrollo de fármacos peptídicos, dice Bradley Pentelute, profesor asistente de química y líder del equipo de investigación.

Los péptidos son ubicuos. Se utilizan en terapéutica, se encuentran en hidrogeles y se utilizan para controlar la administración de fármacos. También se utilizan como sondas biológicas para obtener imágenes del cáncer y estudiar los procesos dentro de las células, dice Pentelute. Debido a que puede obtenerlos muy rápido ahora, puede comenzar a hacer cosas que no podía hacer antes.

El autor principal del artículo es Mark Simon, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Pentelute. Otros autores incluyen a Klavs Jensen, jefe del Departamento de Ingeniería Química del MIT, y Andrea Adamo, investigadora asociada en ingeniería química.

Fabricación acelerada

Los péptidos terapéuticos suelen constar de una cadena de 30 a 40 aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. Muchas universidades, incluido el MIT, tienen instalaciones para fabricar estos péptidos, pero el proceso generalmente toma de dos a seis semanas, utilizando máquinas desarrolladas hace unos 20 años.

Estas máquinas requieren aproximadamente una hora para realizar las reacciones químicas necesarias para agregar un aminoácido a una cadena. Para acelerar el proceso, el equipo del MIT adaptó las reacciones de síntesis para que se puedan realizar en un sistema de flujo continuo. Con este enfoque, cada adición de aminoácidos toma solo unos minutos y se puede ensamblar un péptido completo en poco más de una hora.

En versiones futuras, creemos que podremos realizar cada paso en menos de 30 segundos, dice Pentelute, quien también es miembro asociado del Broad Institute. Lo que eso significa es que realmente podrás hacer lo que quieras en cortos períodos de tiempo.

El nuevo sistema tiene recipientes de almacenamiento para cada uno de los 20 aminoácidos naturales, conectados a bombas que extraen el correcto. A medida que los aminoácidos fluyen hacia la cámara donde tiene lugar la reacción, viajan a través de una bobina donde se precalientan a 60 grados Celsius, lo que ayuda a acelerar la reacción de síntesis.

Este sistema produce péptidos tan puros como los producidos con las máquinas existentes. Estamos a la par con la mejor síntesis de vanguardia del mundo, pero ahora podemos hacerlo mucho más rápido, dice Pentelute.

El sistema debería facilitar el diseño y la producción de nuevos péptidos, dice Philip Dawson, profesor asociado de química en el Instituto de Investigación Scripps que no formó parte del equipo de investigación. Lo que me gusta de él es la simplicidad del dispositivo y la consideración con la que se armó, dice Dawson. Espero poder probarlo en mi laboratorio.

Con esta tecnología, los científicos podrían diseñar y probar rápidamente nuevos péptidos para tratar el cáncer y otras enfermedades, así como variantes más efectivas de péptidos existentes, como la insulina, dice Pentelute. Otro beneficio de este enfoque de alta velocidad es que cualquier problema potencial con la síntesis de un péptido en particular se puede detectar mucho antes, lo que permite a los investigadores intentar solucionarlo de inmediato.

Otra área que Pentelute planea perseguir es la creación de las llamadas proteínas de imagen especular. Casi todas las proteínas que existen en la naturaleza están compuestas por L aminoácidos, cuyas estructuras tienen una orientación hacia la derecha. La creación y el estudio de péptidos que son imágenes especulares de estas proteínas naturales podría allanar el camino para desarrollar péptidos como nuevos medicamentos con funciones completamente diferentes de las versiones para diestros.

Tecnología con impacto

En un artículo separado publicado en el mismo número de ChemBioChem, los investigadores demostraron que podían usar esta tecnología no solo para sintetizar péptidos, sino también combinarlos para formar grandes proteínas sintéticas. Para demostrar la tecnología, crearon un imitador de anticuerpos que tiene 130 aminoácidos, así como una enzima de 113 aminoácidos producida por bacterias. Los estudiantes graduados de química Surin Mong y Alexander Vinogradov son los autores principales de ese artículo, junto con Simon.

Los investigadores han patentado la tecnología y el Centro de Innovación Tecnológica Deshpande del MIT les ha otorgado una subvención para ayudar a comercializarla. Pentelute dice que cree que unas 10 máquinas que utilizan la nueva tecnología serían suficientes para satisfacer la demanda actual, que es de aproximadamente 100.000 a 500.000 péptidos personalizados por año.

Pentelute prevé que la tecnología podría tener un impacto en la biología sintética comparable a la síntesis rápida de hebras cortas de ADN y ARN. Estas hebras, conocidas como oligonucleótidos, tardan solo uno o dos días en prepararse y se pueden usar para crear genes personalizados para dar a las células nuevas funciones.

Ese es nuestro objetivo: tener la entrega al día siguiente o dos días de estas unidades de péptidos a cualquier persona en el mundo. Ese es realmente el sueño, dice.

La investigación fue financiada por el MIT Reed Fund, el Deshpande Center, un Damon-Runyon-Rachleff Innovation Award, un Sontag Foundation Distinguished Scientist Award, un C.P. La beca Chu e Y. Lai, una beca para estudiantes graduados distinguidos de AstraZeneca, el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales y los Institutos Nacionales de Salud.

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