Ormoni, enzimi, emoderivati, sieri e vaccini, immunoglobuline, allergeni, anticorpi monoclonali: questi, in breve, i farmaci biologici disponibili sul mercato.
A caratterizzarli è il metodo di produzione, basato su sistemi biologici inseriti in appositi bioreattori, che offre la possibilità di produrre molecole più complesse e di maggior peso molecolare, metodo che al tempo stesso ne aumenta i costi rispetto ai prodotti di sintesi.
Quando si parla di farmaci biologici proteici, circa la metà del costo di produzione è infatti determinata dalla fase di isolamento della proteina dal bioreattore.
Per ridurre questo costo, e rendere i farmaci più accessibili, ricercatori del Massachusetts Institute of Technology di Boston hanno ideato un nuovo metodo d’isolamento, tradizionalmente effettuato con la cromatografia, che separa le molecole sulla base del peso molecolare.
Il nuovo metodo si basa invece sulla cristallizzazione delle proteine, attivata da strutture di dimensione nanoscopica.
La cristallizzazione proteica viene già utilizzata in ricerca per studiare la struttura di una molecola, ma non è mai stata sfruttata a livello industriale perché lenta e poco efficace a basse concentrazioni.
L’uso di strutture di innesco nanoscopiche sembra risolvere questi due problemi.
Per scendere nel dettaglio, il team ha ricoperto molecole nanoscopiche d’oro con bioconiugati, in particolare maleimide e NHS.
Questi riescono ad attrarre le proteine presenti nell’ambiente in cui sono inseriti e a facilitarne la cristallizzazione, garantendo un orientamento adeguato all’accumulo di ulteriori strati di proteine cristallizzate.
Il metodo è stato testato sul lisozina e l’insulina in uno studio i cui autori hanno valutato i tempi di cristallizzazione delle due proteine se messe a contatto con le nanoparticelle rivestite di bioconiugati, con nanoparticelle “nude” o senza nanoparticelle. Hanno così notato che nel primo caso il tempo d’induzione si riduce di sette volte, mentre il tempo di nucleazione si riduce di tre volte.
Caroline McCue, studente laureata al MIT e primo autore dello studio, spiega: «abbiamo potuto osservare una maggiore produzione di cristalli, con le nanoparticelle rivestite, anche a basse concentrazioni.
I bioconiugati riducono così tanto il tempo d’induzione perché forniscono alle proteine dei siti precisi ai quali legarsi e, dato che le proteine restano allineate, i cristalli si formano più velocemente».
Il metodo sembra, quindi, funzionare bene. Per essere sicuri che i cristalli ottenuti siano buoni, gli autori si sono infatti basati su un algoritmo che li ha confrontati con un numero elevato di immagini.
Ora, bisogna sviluppare il metodo perchè possa essere utilizzato in un bioreattore industriale.
Il team di ricerca è già al lavoro anche su questo fronte. Il progetto è parte dello sforzo della Bill and Melinda Gates Foundation per sviluppare farmaci preventivi contro la malaria che siano anche economicamente accessibili per i Paesi in via di sviluppo.
(Lo studio: ACS Appl. Mater. Interfaces 2023. Publication Date:February 28, 2023. https://doi.org/10.1021/acsami.2c17208)
