Исследователи разработали революционный метод хранения ценных биологических материалов и обращения с ними, который устраняет ограничения, связанные с хранением в холодильнике. Новый метод имеет потенциальное применение в здравоохранении и научных исследованиях.
Биологические материалы, полученные из клеток человека, такие как ферменты, мРНК, белки и антитела, имеют решающее значение для разработки новых лекарств и диагностических тестов. И они хрупкие. Чрезвычайно чувствительные к температуре, они требуют постоянной температуры окружающей среды при хранении, обращении и транспортировке. При неправильном хранении или обращении эти материалы могут разлагаться и становиться неактивными, что может быть дорогостоящим.
Большинство биологических материалов хранятся в виде жидкостей или лиофилизированных порошков и хранятся при низких температурах в течение всего срока их хранения. Это достигается за счет сложной интегрированной системы холодильников и морозильников, известной как холодовая цепь. Это требует значительных инвестиций в оборудование и инфраструктуру, что делает его дорогостоящим в обслуживании и делает холодовую цепь подверженной задержкам доставки, перебоям в подаче электроэнергии, отказу оборудования и человеческому фактору.
Чтобы решить проблемы, связанные с холодовой цепью, исследователи Калифорнийского политехнического государственного университета (Cal Poly) разработали революционную платформу для хранения и транспортировки биологических материалов, которая, по их словам, имеет большой потенциал для использования медицинскими и научными сообществами.
При разработке своей новой платформы для хранения исследователи черпали вдохновение в домашней аптечке, где лекарства хранятся в виде жидкостей, капсул с порошком и таблеток. Поэтому они приступили к разработке платформы на основе скромной таблетки, которая позволяла бы сжимать биологические материалы до твердого состояния.
«Точно так же, как таблетки изменили то, как мы принимаем лекарства, твердотельная платформа хранения открывает новые возможности для того, как мы обрабатываем и используем биологические материалы, раскрывая потенциал существующих методов лечения и новых биотехнологий», — сказал Джавин Оза, корреспондент исследования. .
Таблетки обеспечивают преимущества для хранения и обработки биоматериалов или биологических препаратов, которых нет в холодовой цепи. Во-первых, их можно хранить при комнатной температуре. А при необходимости таблетку можно растворить в воде.
«Наша инновация делает хранение и использование биопрепаратов таким же простым, как таблетку Алка-Зельтцера: просто бросьте ее в воду, перемешайте и готово. готов к работе», — сказал Оза.
Исследователи полагались на систему бесклеточного синтеза белка (CFPS), интегрированную в их платформу твердотельных планшетов. CFPS быстро производит белки, используя раствор, содержащий компоненты биологического механизма, такие как рибосомы, ферменты, ДНК и аминокислоты, но без использования живых клеток. CFPS использовался в фармацевтических открытиях и производстве, создании вакцин по запросу и биосенсоров, обнаруживающих патогены.
Здесь компоненты реакции CFPS были смешаны, и стабильный препарат был создан путем замораживания и обезвоживание замороженного продукта под высоким вакуумом в процессе, называемом лиофилизацией. Затем он был спрессован в твердую таблетку.
Слева: CFPS смеси до и после лиофилизации. Посередине: материал прессуется в твердую таблетку. Справа: гранулы растворяются при помещении в воду. Brookwell et al./California Polytechnic State University
Исследователи смогли продемонстрировать, что твердотельная система способна поддерживать сложную биохимическую смесь. Когда в воду добавляли гранулу, содержащую клеточный механизм, способный расшифровывать генетическую информацию для создания РНК и белков, она реактивировалась и расшифровывала информацию, как если бы она все еще находилась внутри клетки. Затем они интегрировали систему редактирования генов CRISPR-Cas9 в осадок и обнаружили, что он аналогичным образом активируется после хранения в твердом состоянии.
Исследователи говорят, что их новый метод хранения и обработки на основе планшетов прост в использовании. и не требует специального обучения, что делает его пригодным для широкого применения. Например, хранение терапевтических препаратов при комнатной температуре в удаленных местах, где холодовая цепь недоступна, готовых к активации по требованию.
Но они видят применение помимо улучшения хранения биологических материалов и обращения с ними. Внесение изменений в покрытие таблеток может помочь твердотельной платформе хранения выдерживать экстремальные условия окружающей среды, такие как жара, влажность и химические вещества. Подобные изменения могут в конечном итоге позволить принимать инъекционные препараты, такие как инсулин, в пероральной форме.
Исследование было опубликовано в журнале ACS Synthetic Biology.
