Investigadores del laboratorio de Bradley Pentelute, profesor de química del MIT, han inventado un instrumento de flujo rápido totalmente automatizado que puede sintetizar ácidos nucleicos peptídicos de una sola vez.

Al automatizar el proceso de síntesis de ácidos nucleicos peptídicos conjugados con CPP (PPNA) utilizando el robot denominado "Tiny Tides" por el equipo de investigación, el tiempo típico de síntesis de PPNA se redujo de varios días a solo dos horas.

“Esta nueva tecnología eficiente representa un gran paso potencial para permitir la producción rápida bajo demanda de oligonucleótidos antisentido candidatos, no solo para Covid-19 sino también para otras enfermedades y patógenos emergentes”, dice Chengxi Li, coautor del artículo. y un postdoctorado en el Grupo Pentelute.

El artículo, "Síntesis de flujo automatizada de conjugados de péptido-PNA", se publicó recientemente en ACS Central Science .

¿Qué son las PNA?

Los PNA son moléculas similares al ADN sintetizadas artificialmente con una amplia gama de aplicaciones químicas y biológicas, que surgen como una clase de terapias que se utilizan para tratar diversas enfermedades, desde el cáncer hasta las infecciones virales. Las barreras para que los PNA se conviertan en fármacos incluyen baja solubilidad, absorción celular deficiente y eliminación rápida.

Algunos de estos desafíos se han abordado con la unión covalente de péptidos de penetración celular (CPP) a un PNA. Sin embargo, los PPNA conjugados con CPP pueden ser tóxicos para las células y, a menudo, requieren estudios de estructura y función que consumen mucho tiempo para minimizar la toxicidad y optimizar la entrega. Además, aunque los protocolos de lotes estándar permiten un acceso eficiente a secuencias de PNA de menos de 15 bases, las secuencias más largas son difíciles de sintetizar y enfrentan limitaciones que pueden resultar en bajos rendimientos.

“Deja que lo haga el robot”

El dispositivo automatizado de flujo rápido, diseñado por Pentelute Group para reemplazar la síntesis paso a paso tradicional a través de la química de clic, consta de siete módulos que incluyen una computadora de control central, un sistema de almacenamiento de solución, tres bombas HPLC, tres válvulas multiposición, elementos calefactores, zona de reacción y un detector UV-vis, todo controlado por un script modular en el entorno de programación Mechwolf.

El equipo de investigación decidió el nombre Tiny Tides por dos razones: su robot produce péptidos u oligonucleótidos, y es un sintetizador a microescala capaz de optimizar y sintetizar rápidamente las condiciones utilizando una cantidad baja de reactivo y solvente, a un costo comparativamente pequeño.

A pesar del apodo, el rendimiento es cualquier cosa menos pequeño. En las pruebas de laboratorio, Tiny Tides informó 10 segundos para cada formación de enlace amida entre los monómeros de PNA, en comparación con los 10 minutos por enlace amida para los sintetizadores de péptidos de microondas; o 32 minutos por ciclo de acoplamiento como con el sintetizador de ADN Expedite 8909 tapado a temperatura ambiente. El diseño de temperatura variable de Tiny Tides también elimina la necesidad de limitar la temperatura, al tiempo que aumenta la eficiencia del acoplamiento.

Esta estrategia de producción es conveniente para la investigación simultánea de la bioactividad, la toxicidad y la captación celular de múltiples PNA. Además, la velocidad y la automatización de este dispositivo permiten una investigación de alto rendimiento de múltiples candidatos para encontrar la secuencia de PNA más efectiva para un objetivo, con velocidades significativamente mejoradas con respecto a los métodos actuales y comerciales.

Lucha contra el Covid-19

Si bien los avances en la ciencia de las vacunas han ocupado un lugar central en la pandemia mundial de Covid-19, los agentes antivirales de acción directa podrían ser otra herramienta para eliminar este virus. En el laboratorio, los PNA han demostrado eficacia contra el SARS-CoV; y la alta similitud de secuencia con el SARS-CoV-2, el virus que causa el covid-19, ha llevado a los investigadores a creer que los PNA antisentido bien pueden ser una forma de lograr la inhibición del SARS-CoV-2.

La velocidad y la eficiencia en la síntesis de PPNA es un paso muy necesario para poder evaluar las numerosas secuencias posibles para la viabilidad en el tratamiento de enfermedades. Para este estudio, el grupo de Pentelute sintetizó químicamente ocho PPNA para combatir el covid-19 en solo un día, una hazaña que habría llevado casi un mes si se hubiera sintetizado manualmente a razón de dos por semana con los métodos anteriores.

De los ocho, una secuencia eliminó más del 95 por ciento del virus en un ensayo de infección viva.

Otros autores contribuyentes están afiliados al MIT y la Universidad Estatal de Iowa.