Ao quebrar uma membrana celular, os bia³logos sintanãticos da Northwestern University descobriram uma nova maneira de aumentar em cinco vezes o rendimento da produção de vacinas a  base de protea­na, ampliando significativamente o acesso a medicamentos que podem salvar vidas.

Em fevereiro, os pesquisadores introduziram uma nova plataforma de biofabricação que pode rapidamente tornar as vacinas esta¡veis ​​em prateleira no ponto de atendimento, garantindo que não ira£o para o lixo devido a erros no transporte ou armazenamento. Em seu novo estudo, a equipe descobriu que o enriquecimento de extratos livres de células com membranas celulares - os componentes necessa¡rios para fazer vacinas conjugadas - aumentou enormemente os rendimentos de sua plataforma liofilizada.

O trabalho prepara o terreno para produzir rapidamente medicamentos que combatem o aumento das bactanãrias resistentes aos antibia³ticos , bem como novos va­rus em 40.000 doses por litro por dia, custando cerca de US $ 1 por dose. Nesse ritmo, a equipe poderia usar um reator de 1.000 litros (do tamanho de um grande saco de lixo de jardim) para gerar 40 milhões de doses por dia, chegando a 1 bilha£o de doses em menos de um maªs.

"Certamente, na anãpoca do COVID-19, todos nospercebemos como éimportante ser capaz de fazer medicamentos quando e onde precisamos deles", disse Michael Jewett da Northwestern, que liderou o estudo. "Este trabalho vai transformar a forma como as vacinas são feitas, inclusive para biodisponibilidade e resposta a  pandemia."

A pesquisa serápublicada em 21 de abril na revista Nature Communications .

Jewett éprofessor de engenharia química e biológica na McCormick School of Engineering da Northwestern e diretor do Center for Synthetic Biology da Northwestern. Jasmine Hershewe e Katherine Warfel, ambas estudantes de pós-graduação no laboratório de Jewett, são as coautoras do artigo.

A nova plataforma de fabricação - chamada de expressão de vacina conjugada in vitro (iVAX) - épossí­vel graças a  biologia sintanãtica livre de células , um processo no qual os pesquisadores removem a parede externa de uma canãlula (ou membrana ) e redirecionam sua maquinaria interna. Os pesquisadores então colocam esse maquina¡rio reaproveitado em um tubo de ensaio e o liofilizam. Adicionar águadesencadeia uma reação química que ativa o sistema livre de células, transformando-o em um catalisador para a fabricação de remanãdios utiliza¡veis ​​quando e onde for necessa¡rio. Permanecendo esta¡vel em prateleira por seis meses ou mais, a plataforma elimina a necessidade de cadeias de suprimentos complicadas e refrigeração extrema, tornando-a uma ferramenta poderosa para configurações remotas ou de poucos recursos .

Em um estudo anterior, a equipe de Jewett usou a plataforma iVAX para produzir vacinas conjugadas para proteger contra infecções bacterianas. Na anãpoca, eles reaproveitaram o maquina¡rio molecular da Escherichia coli para fazer uma dose da vacina em uma hora, custando cerca de US $ 5 por dose.

"Ainda era muito caro e os rendimentos não eram altos o suficiente", disse Jewett. "Estabelecemos uma meta de chegar a US $ 1 por dose e alcana§amos essa meta aqui. Aumentando os rendimentos e reduzindo os custos, pensamos que podera­amos facilitar um maior acesso a medicamentos que salvam vidas."

Jewett e sua equipe descobriram que a chave para atingir esse objetivo estãodentro da membrana da canãlula, que énormalmente descartada na biologia sintanãtica livre de células. Quando quebradas, as membranas se reagrupam naturalmente em vesa­culas, estruturas esfanãricas que carregam informações moleculares importantes. Os pesquisadores caracterizaram essas vesa­culas e descobriram que o aumento da concentração das vesa­culas poderia ser útil na produção de componentes para protea­nas terapaªuticas, como vacinas conjugadas , que funcionam anexando uma unidade de açúcar - que éexclusiva de um pata³geno - a uma protea­na transportadora. Ao aprender a reconhecer essa protea­na como uma substância estranha, o corpo sabe como montar uma resposta imunola³gica para ataca¡-la quando for novamente encontrada.

Anexar esse açúcar a  protea­na transportadora , no entanto, éum processo difa­cil e complexo. Os pesquisadores descobriram que a membrana da canãlula continha maquina¡rios que permitiam que o açúcar se ligasse mais facilmente a s protea­nas. Ao enriquecer os extratos da vacina com esta maquinaria ligada a  membrana, os pesquisadores aumentaram significativamente o rendimento das doses utiliza¡veis ​​da vacina .

"Para uma variedade de organismos, cerca de 30% do genoma éusado para codificar protea­nas de membrana", disse a coautora do estudo Neha Kamat, professora assistente de engenharia biomédica da McCormick e especialista em membranas celulares. "As protea­nas da membrana são uma parte realmente importante da vida. Aprendendo como usar as protea­nas da membrana com efica¡cia, podemos realmente avana§ar os sistemas livres de células."