Terobosan menyiapkan panggung bagi bioteknologi untuk menghasilkan 1 miliar dosis vaksin dalam waktu kurang dari sebulan

Dengan platform bioproduksi iVAX baru, profesional perawatan kesehatan dapat dengan mudah menambahkan air ke tabung dengan komponen vaksin yang diliofilisasi. Air menyebabkan reaksi kimia yang mengaktifkan sistem bebas sel, mengubahnya menjadi katalisator untuk produksi obat yang dapat digunakan kapan dan di mana diperlukan. Kredit: Justin Moir

Membran membuka potensi untuk meningkatkan produksi vaksin bebas sel secara signifikan

Dengan memecahkan membran sel, Universitas Northwestern ahli biologi sintetik telah menemukan cara baru untuk meningkatkan hasil produksi vaksin berbasis protein sebanyak lima kali lipat, secara signifikan memperluas akses ke obat-obatan yang berpotensi menyelamatkan jiwa.

Pada bulan Februari, para peneliti meluncurkan platform produksi organik baru yang dapat dengan cepat membuat vaksin yang stabil di titik perawatan, memastikan mereka tidak terbuang percuma karena kesalahan transportasi atau penyimpanan. Dalam studi baru mereka, tim menemukan bahwa memperkaya ekstrak bebas sel dengan membran sel – komponen yang diperlukan untuk membuat vaksin konjugasi – secara signifikan meningkatkan hasil dari platform lyophilized nya.

Pekerjaan tersebut menandai awal dari produksi cepat obat yang menargetkan pertumbuhan bakteri resisten antibiotik, serta virus baru dengan dosis 40.000 per liter per hari, dengan biaya sekitar $ 1 per dosis. Dengan kecepatan ini, tim dapat menggunakan reaktor 1.000 liter (seukuran kantong besar sampah taman) untuk menghasilkan 40 juta dosis per hari, mencapai 1 miliar dosis dalam waktu kurang dari sebulan.

“Tentu saja, pada saat COVID-19“Kami semua menyadari betapa pentingnya dapat membuat obat kapan dan di mana kami membutuhkannya,” kata Michael Juet dari Northwestern, yang memimpin penelitian. “Pekerjaan ini akan mengubah cara pembuatan vaksin, termasuk ketersediaan hayati dan respons pandemi.”

Studi tersebut akan dipublikasikan pada 22 April 2021 di jurnal Komunikasi Alam.

Jewett adalah Profesor Teknik Kimia dan Biologi di Sekolah Teknik McCormick di Northwestern dan Direktur Pusat Biologi Sintetis Northwestern. Jasmine Hershew dan Catherine Warfel, keduanya mahasiswa pascasarjana di lab Juet, ikut menulis artikel tersebut.

Platform produksi baru – disebut ekspresi in vitro dari vaksin konjugasi (iVAX) – dimungkinkan melalui biologi sintetis bebas sel, sebuah proses di mana para peneliti menghilangkan dinding luar sel (atau membran) dan mengarahkan ulang teknik internalnya. Para peneliti kemudian menempatkan mesin yang dimodifikasi ini dalam tabung reaksi dan membekukannya. Penambahan air menyebabkan reaksi kimia yang mengaktifkan sistem bebas sel, mengubahnya menjadi katalisator untuk menghasilkan obat yang dapat digunakan kapan dan di mana diperlukan. Menjaga stabilitas selama enam bulan atau lebih, platform ini menghilangkan kebutuhan akan rantai pasokan yang kompleks dan pendinginan ekstrem, menjadikannya alat yang ampuh untuk pengaturan jarak jauh atau sumber daya rendah.

Dalam studi sebelumnya, tim Jewett menggunakan platform iVAX untuk memproduksi vaksin konjugasi untuk melindungi dari infeksi bakteri. Pada saat itu, mereka mengarahkan mesin molekuler dari Escherichia coli untuk membuat satu dosis vaksin per jam, dengan biaya sekitar $ 5 per dosis.

“Itu masih terlalu mahal dan hasilnya tidak cukup tinggi,” kata Juet. “Kami menetapkan tujuan untuk mencapai $ 1 per dosis dan kami mencapai tujuan itu di sini. Dengan meningkatkan hasil dan mengurangi biaya, kami pikir kami dapat memfasilitasi akses yang lebih besar ke obat-obatan penyelamat hidup. “

Juett dan timnya menemukan bahwa kunci untuk mencapai tujuan ini terletak pada membran sel, yang biasanya dibuang dalam biologi sintetis tanpa sel. Ketika hancur, membran secara alami berkumpul menjadi vesikel, struktur bola yang membawa informasi molekuler penting. Para peneliti mengkarakterisasi vesikel ini dan menemukan bahwa peningkatan konsentrasi vesikel dapat berguna dalam membuat komponen untuk terapi protein seperti vaksin konjugasi yang bekerja dengan menempelkan unit gula – unik untuk patogen – ke protein pembawa. Dengan belajar mengenali protein ini sebagai zat asing, tubuh tahu cara membuat respons kekebalan untuk menyerangnya saat bertemu lagi.

Namun, menempelkan gula ini ke protein pembawa adalah proses yang sulit dan rumit. Para peneliti menemukan bahwa membran sel berisi mesin yang memungkinkan gula menempel lebih mudah ke protein. Dengan memperkaya ekstrak vaksin dengan mesin terikat membran ini, para peneliti secara signifikan meningkatkan hasil dari dosis vaksin yang dapat digunakan.

“Untuk organisme yang berbeda, hampir 30% genom digunakan untuk menyandikan protein membran,” kata rekan penulis studi Neha Kamat, asisten teknik biomedis di McCormick dan pakar membran sel. “Protein membran adalah bagian yang sangat penting dalam kehidupan. Dengan mempelajari cara menggunakan protein membran secara efektif, kami benar-benar dapat meningkatkan sistem bebas sel. “

Referensi: “Meningkatkan sintesis glikoprotein bebas sel dengan mengkarakterisasi dan memperkaya vesikel membran alami” 22 April 2021, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-22329-3

Studi ini didukung oleh Defense Threat Reduction Agency (nomor penghargaan HDTRA1-15-10052 / P00001), National Science Foundation (nomor penghargaan 1936789 dan 1844336), Laboratorium Penelitian Angkatan Udara (nomor penghargaan FA8650-15 -2 -5518) , Yayasan Bill dan Melinda Gates (nomor penghargaan OPP1217652), Yayasan David dan Lucille Packard, dan Program Pelatihan Guru Camille Dreyfus.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.