2023-09-18La ciencia del futuro a nivel molecular
MIT |Brad Pentelute y su laboratorio obligan al sistema de administración de ántrax a administrar variantes de anticuerpos y péptidos en las células para tratar el cáncer.Innovando en la intersección de la química, la biología y la ingeniería, el profesor Brad Pentelute y el Laboratorio Pentelute del MIT inventan nueva química, plataformas y técnicas que podrían revolucionar la terapéutica. En resumen, su fórmula: investigación inspirada en la naturaleza que comienza en el nivel molecular, infundida con automatización y aprendizaje automático de última generación, destinada a resolver problemas del mundo real.
Tomemos, por ejemplo, el problema de larga data de la entrega de proteínas de la biotecnología. La entrega eficaz de proteínas intracelulares tiene un gran potencial para mejorar la salud humana y curar enfermedades. El desafío clave es introducir moléculas grandes (p. ej., péptidos, proteínas y oligonucleótidos) en las células.
Pentelute y su equipo de investigadores decidieron ver qué podían aprender de los sistemas naturales de liberación de moléculas grandes. Más específicamente, investigaron el ántrax. Resulta que la toxina mortal es muy buena para insertar proteínas en las células, explica Pentelute, cuyo trabajo postdoctoral en la Facultad de Medicina de Harvard analizó cómo los agentes infecciosos se infiltran en las células a nivel molecular.
Pentelute y su equipo modificaron la toxina mortal para convertirla en un vehículo para administrar variantes de anticuerpos y péptidos que pueden usarse para tratar el cáncer. Como explica Pentelute: “Básicamente, secuestramos el sistema de administración del ántrax para introducir proteínas en la célula. Nuestro descubrimiento ayudará significativamente en el desarrollo de terapias proteicas duraderas basadas en células”.
Mientras tanto, pasó 12 años construyendo una máquina automática de impresión de proteínas, que comenzó en colaboración con el profesor del MIT Klaus Jensen. Su innovación toma prestado su diseño del ribosoma de la naturaleza, que une aminoácidos para crear proteínas en sólo unos minutos. Y aunque su versión hecha por humanos no es tan rápida como su inspiración (al menos todavía no, según Pentelute), sí ayuda a acelerar el experimento científico y el proceso de descubrimiento de fármacos.
“Hemos construido la máquina de su tipo más rápida y eficiente del mundo; es capaz de producir miles de enlaces amida un orden de magnitud más rápido que los instrumentos disponibles comercialmente”, dice Pentelute. Lo que significa que podría acelerar la fabricación de terapias personalizadas bajo demanda, como vacunas contra el cáncer. Hasta la fecha, la plataforma es utilizada por laboratorios de todo el campus del MIT. También es la base de Amide Technologies, una startup que Pentelute ayudó a lanzar para escalar su creación.
Él y su grupo en el MIT también han construido otras plataformas, incluida una que descubre nuevos péptidos y proteínas biológicamente activos capaces de interrumpir la propagación del cáncer. Basado en espectrometría de masas de selección de afinidad, Pentelute dice que su invento resultó particularmente útil en el apogeo de la pandemia de Covid-19. Les permitió estar entre los primeros en descubrir numerosos peptidomiméticos que pueden unirse al receptor ACE2, que es necesario para que el SARS-CoV-2 ingrese a las células. También descubrieron algunos de los primeros péptidos que se unen a la proteína de pico del coronavirus.
Estos descubrimientos llevaron a Pentelute y su grupo a darse cuenta de que estaban construyendo una plataforma de respuesta rápida que, como dice Pentelute, “puede observar una proteína o alguna biología de interés e identificar rápidamente nuevos ligandos, nuevos aglutinantes que eventualmente podrían usarse para ensayos o posibles puntos de partida para medicamentos”.
Basándose en esta tecnología, Pentelute ayudó a lanzar una nueva empresa farmacéutica llamada Decoy Therapeutics. Pentelute dice: “Hoy, Decoy está trabajando para desarrollar una formulación nasal basada en un péptido que hemos diseñado que puede inhibir la progresión y transmisión viral. Lo estamos probando ahora mismo y parece bastante emocionante”.
Por muy versado que esté en traducir ideas del laboratorio al mundo real, no sorprende que Pentelute reconozca los deseos y necesidades de la industria como un importante impulsor de la innovación en su programa de investigación. También es la razón por la que cree que el Programa de Enlace Industrial del MIT (MIT ILP), bien establecido como el portal más completo de la industria hacia el Instituto, es un aspecto esencial del ecosistema de innovación del MIT. "MIT ILP ha sido un socio fantástico para mi laboratorio", dice. “Hemos reunido al menos 10 acuerdos de investigación patrocinados que comenzaron con la introducción del ILP. Es una excelente manera de establecer contactos, conectarse y probar nuevos enfoques para la resolución de problemas”.
Pregúntele a Pentelute sobre el futuro de su investigación y le dirá que él y su grupo están trabajando arduamente generando datos moleculares para establecer sistemas capaces de entrenar algoritmos para diseñar moléculas con nuevas funciones. En referencia al trabajo, dice: "Fuimos las primeras personas en el mundo en utilizar el aprendizaje automático para diseñar proteínas abióticas en miniatura (no diseñadas por la naturaleza) que penetran en las células".
Uno de sus colaboradores en el nuevo proyecto es el profesor Manolis Kellis del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT. Kellis es bien conocido por su trabajo innovador que explora los cambios a nivel del genoma como impulsores causales de enfermedades. "Estamos construyendo árboles de conocimiento para comprender qué está provocando, por ejemplo, la obesidad", explica Pentelute, "y luego iremos a mi laboratorio y descubriremos cómo producir y probar rápidamente estas moléculas".
Marinka Zitnik, de la Facultad de Medicina de Harvard, se une a los profesores del MIT en su esfuerzo. Ella está a la vanguardia de la construcción de Therapeutic Data Commons, que recopila datos para construir modelos de aprendizaje automático para acelerar el desarrollo de fármacos. "Con la ayuda de Marinka, antes de hacer experimentos, podemos plantearnos preguntas sobre cómo una molécula, dado su diseño particular, podría funcionar dentro de un ser humano", dice Pentelute.
"Este es un momento crítico en términos de la forma en que hacemos ciencia", dice Pentelute. “Estamos convergiendo para construir un nuevo paradigma de pensamiento a través del diseño de moléculas impulsado por IA para interactuar con los humanos. En el futuro, seremos capaces de diseñar moléculas según sea necesario para impactar no sólo la salud humana, sino todo lo que experimentamos aquí en la Tierra. Estamos dando un salto hacia un nuevo espacio de innovación; eso es lo que me motiva y eso es lo que estamos tratando de construir aquí en Pentelute Lab”.
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