Un nuevo modelo matemático describe cómo las soluciones de anticuerpos altamente concentrados se separan en diferentes fases, similar a una mezcla de aceite y agua. Esta separación puede reducir la estabilidad y la vida útil de algunos medicamentos que usan anticuerpos monoclonales, incluidos algunos utilizados para tratar enfermedades autoinmunesy cáncer Un equipo de científicos de Penn State y MedImmune, LLC ahora AstraZeneca investigó la termodinámica y la cinética, las relaciones entre la temperatura, la energía y las tasas de reacciones químicas del fenómeno utilizando un método innovador que permite la rápidaestudio de múltiples muestras a la vez. Un artículo que describe su modelo aparece el 22 de julio de 2019 en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Hoy en día, muchos medicamentos se almacenan como sólidos y se disuelven en bolsas intravenosas para entregar a los pacientes, pero la industria farmacéutica se ha estado moviendo hacia medicamentos que pueden almacenarse como líquidos y administrarse mediante una inyección. Algunas de estas soluciones de medicamentos, como las que se usan paratratar las enfermedades autoinmunes y algunos tipos de cáncer, contienen altas concentraciones de anticuerpos monoclonales, proteínas que se adhieren a sustancias extrañas en el cuerpo, como bacterias y virus, lo que indica que son destruidas por el sistema inmunitario del paciente.
"Las soluciones de proteínas altamente concentradas pueden separarse en diferentes fases, como un aderezo de ensalada de vinagreta que se separa en capas con el tiempo", dijo Bradley Rogers, estudiante graduado de química en Penn State y primer autor del artículo. "La separación de fases es una de lasvías que hacen que estos medicamentos sean inestables e inadecuados para su uso. El método clásico para comprender este proceso implica manipular la temperatura de una muestra a lo largo del tiempo. Utilizamos una plataforma de microfluídica con gradiente de temperatura para observar rápidamente muchas temperaturas simultáneamente ".
Una solución rica en anticuerpos comienza como un líquido transparente a temperatura ambiente, pero a medida que la solución se enfría, comienzan a formarse gotas turbias. Con el tiempo, las gotas se depositan en el fondo, quedando líquido diluido en la parte superior, haciendo que la muestra parezca transparenteEl equipo utilizó un dispositivo innovador que crea un rango de temperaturas a través de un gradiente de temperatura y utilizó una técnica llamada imagen de campo oscuro para medir la rapidez con que ocurre este proceso. Luego, el equipo calculó una variedad de parámetros para comprender mejor la termodinámica y la cinética deel sistema, incluidas las temperaturas a las que se producen las transiciones de fase y la cantidad de energía que se necesita para pasar de una fase a la siguiente: energías de activación.
"Observamos que la velocidad que separa una solución en dos fases tiene una dependencia extraña de la temperatura", dijo Rogers. "Esta relación es mucho más complicada para soluciones de anticuerpos concentrados que para otros sistemas. Pasamos mucho tiempo intentandopara dar sentido a los datos, pero finalmente desarrollamos un modelo que explica lo que estamos viendo "
El modelo describe cómo las moléculas de anticuerpos se unen a medida que disminuye la temperatura, formando gotas que crecen a medida que se unen moléculas adicionales. Este proceso reversible ocurre cada vez más rápidamente con la disminución de la temperatura, porque la solución se satura cada vez más con moléculas de anticuerpos libres. Luego, comola solución continúa enfriándose, las gotas se adhieren a otras gotas y se depositan en el fondo. A temperaturas aún más frías, la solución forma un gel y no puede completar la separación, incluso en el transcurso de un mes.
"En un solo experimento, podemos visualizar la solución transparente homogénea, la solución turbia a medida que comienzan a formarse gotas, el líquido separado por fases y el gel", dijo Paul Cremer, J. Lloyd Huck Presidente de Ciencias Naturales en PennEstado y autor principal del artículo: "Investigaciones previas describieron estos diferentes estados, y nuestro modelo describe las matemáticas y la cinética dependiente de la temperatura detrás de lo que creemos que está sucediendo".
Luego, el equipo de investigación planea investigar si su modelo puede explicar la separación de fases en otros sistemas. También planean probar si los parámetros reunidos de este tipo de experimento pueden predecir la estabilidad y la vida útil de la terapéutica.
"Si estos parámetros pueden ayudarnos a predecir la estabilidad y la vida útil, podremos seleccionar mejores candidatos a fármacos", dijo Rogers. "También podremos determinar las propiedades de solución ideales para un candidato a fármaco prometedor para mantenerlo estable"
Además de Rogers y Cremer, el equipo de investigación incluye a Kelvin Rembert, Matthew Poyton, Halil Okur, Amanda Kale y Tinglu Yang en Penn State y Jifeng Zhang de AstraZeneca. El trabajo fue apoyado por MedImmune LLC ahora AstraZeneca.El apoyo fue proporcionado por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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