Storie

di Evan Robinson '23

14 agosto 2023

Ricerca e scoperta

Quattro studenti di Hamilton e il professore associato di chimica Max Majireck hanno recentemente collaborato con un istituto di ricerca biomedica con sede a Utica per sperimentare metodi più sicuri e sostenibili per la creazione di proteine ​​terapeutiche che, se utilizzate come strumenti di imaging, potrebbero rivoluzionare il modo in cui vengono rilevate le malattie potenzialmente letali.

Il team di Hamilton - Kimberly Chase '24, Josef Kubofcik '24, Ryan Rahman '24 e Luke Cohen-Abeles '23 - ha collaborato con il Masonic Medical Research Institute (MMRI) di Utica, un prolifico centro per la ricerca biomedica situato a pochi minuti da città universitaria. Concepito per diagnosticare una malattia cardiovascolare chiamata aterosclerosi, il nuovo processo produce utili molecole peptidiche senza i sottoprodotti dannosi di altri metodi di sintesi.

Il gruppo di ricerca dell’Hamilton-MMRI ha scoperto un metodo per creare proteine ​​terapeutiche (molecole FTP11) che “evita l’uso di composti tossici, chiamati ossidanti, che sono generalmente necessari per realizzare questa reazione”, ha detto Max Majireck. Invece, il nuovo metodo impiega un sonicatore, una macchina che agita le particelle attraverso le onde sonore.

L'aterosclerosi è tra le cause di morte più comuni nel mondo ed è la principale causa di morte negli Stati Uniti. È causata dall'accumulo di placca sulle pareti delle arterie. Questo accumulo limita il flusso sanguigno, causando il restringimento e l’indurimento delle arterie, portando in alcuni casi a coaguli di sangue, attacchi di cuore o ictus. Sebbene ciò si verifichi spesso nel cuore, l’aterosclerosi può colpire qualsiasi arteria del corpo.

"Dissolviamo il nostro composto in una quantità relativamente piccola di solvente e lo colpiamo con una certa energia sonora, che riteniamo aiuti a mescolare l'ossigeno importante per la reazione chimica", ha spiegato Majireck.

L'ossigeno è necessario per creare un ponte disolfuro, una fase cruciale della sintesi peptidica. Anche se non trattano l’aterosclerosi, i peptidi FTP11 possono essere attaccati al colorante e utilizzati per visualizzare la deposizione di fibrina e piastrine nelle arterie. Le proteine ​​della fibrina e le cellule piastriniche sono due dei componenti principali dei coaguli di sangue. Pertanto, FTP11 è uno “strumento di imaging”, utilizzato per diagnosticare i pazienti a rischio, ha affermato Rahman.

Un passaggio chiave nella reazione è la ciclizzazione. Secondo Majireck, ciò avviene proprio alla fine della sintesi, quando i peptidi formano un anello con un'estremità della molecola che si lega all'altra. "È molto più complicato di così", ha osservato, "ma è quasi come se una corda diventasse un cerchio".

Per sapere quando la ciclizzazione è completa, il team ha utilizzato una macchina per cromatografia liquida e spettrometria di massa ad alte prestazioni (HPLC-MS) per misurare la composizione delle sostanze chimiche. Hanno prelevato aliquote, o campioni rappresentativi, dalla loro miscela di reazione e le hanno inserite nell'HPLC-MS, che poi ha indicato quale percentuale del peptide era stata ciclizzata.

Grassi, colesterolo e altre sostanze compongono la placca responsabile dell'aterosclerosi. Poiché nessun sintomo si presenta finché la condizione non è piuttosto grave, è meglio essere proattivi: mentre l’aterosclerosi è curabile con i farmaci, il mantenimento di uno stile di vita sano aiuta a ridurre il rischio di un pericoloso accumulo di placche.

L'osservazione iniziale che questo metodo era possibile è avvenuta all'MMRI. Da lì, il team di Hamilton si è concentrato sullo sviluppo dei peptidi FTP11 che potrebbero successivamente essere adattati per scopi medici. "Il mio laboratorio sviluppa nuove reazioni chimiche", ha detto Majireck. Per facilitare queste reazioni – in questo caso, la formazione di ponti disolfuro – gli studenti erano principalmente responsabili della preparazione dei campioni peptidici, dell’impostazione dell’HPLC-MS e del monitoraggio dello stato di ciclizzazione.

"[Gli studenti sono] diventati esperti nell'uso di parte della strumentazione necessaria e di alcuni dei metodi sperimentali che abbiamo utilizzato."

Grazie al loro coinvolgimento in ogni fase del processo di ricerca, gli studenti sono diventati utenti competenti di macchine come HPLC-MS, che normalmente non verrebbero utilizzate per i normali corsi. "Sono diventati esperti nell'uso di parte della strumentazione necessaria e di alcuni dei metodi sperimentali che abbiamo utilizzato", ha detto Majireck. "Hanno fatto molte cose da soli."