Исследователи из США разработали принципиально новый метод хранения биологических веществ, таких как РНК и белки, – в твердотельной форме, напоминающей пилюли или таблетки, которые при необходимости можно растворить в воде. Этот новаторский подход решает многие проблемы сохранности биоматериалов, извлеченных из живых клеток, сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Биологические материалы, необходимые для создания новых лекарств и инструментов для диагностических тестов, в том числе мРНК, ферменты и антитела, особенно уязвимы к изменениям условий окружающей среды во время хранения, транспортировки и использования. Неправильное хранение и обращение могут привести к их порче или потере функциональности, что создает серьезные препятствия для их использования в различных медицинских и научных целях, особенно в регионах с недостаточно развитой инфраструктурой.
Например, развертывание вакцин против COVID от корпорации Pfizer не так давно испытало большие проблемы в быстроте и широте охвата из-за необходимости использования морозильных камер для хранения и транспортировки. Помимо этого, даже при наличии нужной холодильной инфраструктуры, некондиционность биоматериалов в составе этой вакцины фиксировалась более чем в 10% случаев, согласно данным IQVIA Institute for Human Data Science, что приводило к ежегодным убыткам на сумму более 35 миллиардов долларов.
Чтобы преодолеть текущие ограничения традиционных способов хранения биологических материалов, исследователи из Калифорнийского политехнического государственного университета (Cal Poly), расположенного в округе Сан-Луис-Обиспо, (штат Калифорния, США) разработали принципиально новый – твердотельный метод, продемонстрировавший огромный потенциал для использования в научных и медицинских целях.
За некоторыми отдельными исключениями, ключевые биологические материалы в настоящее время могут храниться только в виде замороженных или охлажденных жидкостей и лиофилизированных порошков, зачастую – на весь срок их хранения. В последние годы исследователи добились прогресса в сублимационной сушке биоматериалов, что несколько упростило способы их хранения и обращения с ними, но и этот метод остается ограниченным.
Твердотельное хранение биологических препаратов представляет собой важный прорыв, поскольку это позволяет лучше сохранять инкапсулируемый материал. Например, упаковка биоматериалов в таблетки дает возможность хранить их при комнатной температуре, и затем просто растворять их в воде при необходимости в применении.
«Точно так же, как таблетки в свое время упростили способ приема нужной дозировки лекарства, твердотельная платформа хранения открывает новые возможности для того, чтобы обрабатывать и использовать биологические материалы, раскрывая потенциал существующих методов лечения и новых биотехнологий», – отметил д-р Джавин Оза, руководивший исследованиями новой платформы хранения.
В качестве теста способности своей твердотельной платформы успешно сохранять сложную смесь биологических препаратов исследователи Cal Poly продемонстрировали, что механизм клетки, способный расшифровывать генетическую информацию для создания РНК и белков, может храниться в твердом состоянии. При добавлении в воду механизм реактивируется для декодирования генетической информации, как если бы она все еще находилась внутри клетки. Результаты тестирования показали, что даже новые инструменты биотехнологии, такие как CRISPR, могут быть активированы после хранения в твердом состоянии.
Эта прорывная разработка Cal Poly открывает потенциал для широкого спектра применений. Возможность хранить биопрепараты при комнатной температуре и активировать их по требованию может быть полезна для доставки терапевтических средств и вакцин по запросу в отдаленные места, где ранее это требовало дорогостоящих решений с сопутствующей переброской холодильного оборудования.
Платформу также можно использовать для различного диагностического тестирования (от тестов на опасные заболевания до выявления загрязнителей сточных вод), просто изменив состав таблеток под конкретную задачу. Для использования в полевых условиях твердотельное хранилище имеет дополнительное преимущество, заключающееся в простоте использования, снижении потребности в специальной подготовке технических специалистов и улучшении доступа в момент срочной необходимости.
Впрочем, для конкретных случаев будущего использования потребуются дальнейшие улучшения платформы. Исследователи ожидают, что дополнительные модификации, такие как недорогие и эффективные покрытия, могут помочь твердотельному накопителю лучше выдерживать экстремальные условия внешней среды. В случае успеха такие лекарства, как инсулин и хумира (иммуносупрессивное средство лечения артрита), можно будет принимать перорально, а не в виде инъекций, что улучшит качество жизни миллионов людей по всему миру.