Desarrollo de reactivos de afinidad sintética para diagnósticos mejorados

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Como destacó la pandemia de COVID-19, las tecnologías de diagnóstico efectivas son una parte esencial de la respuesta a un brote de enfermedad. Sin embargo, desarrollar diagnósticos rápidamente y a gran escala utilizando enfoques tradicionales puede ser un desafío. MIP Discovery está trabajando para abordar estos problemas mediante el diseño de polímeros impresos molecularmente (MIP), reactivos de afinidad sintética que ofrecen varias ventajas sobre los anticuerpos.

Para obtener más información sobre MIPS y por qué son particularmente adecuados para su uso en ensayos de diagnóstico in vitro, hablamos con el Dr. Francesco Canfarotta, jefe de química de MIP Discovery. En esta entrevista, el Dr. Canfarotta también nos cuenta sobre la tecnología nanoMIP™ de MIP Discovery y cómo la empresa utilizará los fondos recientes de la Fundación Bill y Melinda Gates para desarrollar nanoMIP para su uso en una futura respuesta a una pandemia.

Anna MacDonald (AM): ¿Puede explicar qué son los MIPS y cómo se producen?

Dr. Francesco Canfarotta (FC): Los MIPS son reactivos de afinidad sintéticos que están diseñados y fabricados en torno a un biomarcador, o objetivo de interés, para imitar su forma y funcionalidad superficial. En esencia, son polímeros con un bolsillo de unión funcional que se puede utilizar en aplicaciones que requieren un evento de unión.

AM: ¿Puede contarnos más sobre la tecnología nanoMIP de MIP Discovery y cómo se compara con otros enfoques?

FC: Las técnicas de impresión molecular están bien establecidas, pero han visto poco uso práctico en el pasado debido a las limitaciones con el tamaño de la molécula de "impresión" resultante y la inconsistencia del reconocimiento. Esto se debe en gran medida a cómo se crean las impresiones, que a menudo se encuentran en solución y sin una estrategia específica sobre cómo se generan dichas impresiones. MIP Discovery ha desarrollado una tecnología patentada, nanoMIP, que supera estos problemas. Nuestro enfoque se basa en diseñar activamente las cualidades de reconocimiento que queremos. Nuestro equipo utiliza un software de modelado molecular de alta gama para modelar las interacciones entre la molécula objetivo y los monómeros individuales (los componentes básicos de las nanoMIP). Esto nos permite diseñar y controlar una reacción de polimerización alrededor del objetivo inmovilizado, que puede ser cualquier cosa, desde una pequeña molécula hasta una proteína o un virus completo. Esto da como resultado la formación de un reactivo de afinidad nanoMIP, que luego se eluye del objetivo inmovilizado y se evalúa su rendimiento en una aplicación elegida. El resultado es un reactivo de afinidad de alto rendimiento, estrictamente controlado (normalmente de 10 a 60 nm de tamaño), que puede unirse específicamente a un objetivo elegido en una orientación determinada.

La principal tecnología con la que comparamos son los anticuerpos, aunque somos conscientes de las tecnologías alternativas, como los aptámeros y los affimeros. Una diferencia común entre las nanoMIP y cualquiera de las otras tecnologías es la gran cantidad de componentes básicos que podemos usar para crear una nanoMIP con las propiedades fisicoquímicas y de unión correctas. MIP Discovery se basa en más de 600 monómeros cuidadosamente seleccionados en comparación con los ~20 aminoácidos utilizados para anticuerpos/afímeros, o los 50–100 nucleótidos utilizados para aptámeros. Este espacio de diseño ampliado brinda a las nanoMIP una ventaja distintiva que se ve reforzada por el potencial de una mayor cantidad de puntos de contacto con el objetivo (nominalmente 5 a 6 puntos de contacto para un anticuerpo versus 10 o más puntos de contacto para una nanoMIP, según el tamaño del objetivo).

Con respecto a los anticuerpos, su producción depende de sujetos o componentes animales en diversos grados. Aparte de la dimensión ética, crea desafíos en torno a la esterilidad y la contaminación, sin mencionar los importantes plazos impulsados ​​por la expansión de la crianza de animales/cultivos celulares. Los nanoMIP son completamente sintéticos, químicamente definidos y libres de componentes animales. Además, pueden estar expuestos a condiciones extremas de temperatura, presión y pH, lo que permite su esterilización conservando su funcionalidad.

Si bien los anticuerpos están bien establecidos para reconocer proteínas y se han convertido en el reactivo de elección a este respecto, son menos adecuados para otras clases de objetivos. Se ha demostrado que los nanoMIP tienen un amplio rango de reconocimiento, desde la diferenciación de iones individuales separados solo por valencia, hasta moléculas pequeñas como drogas de abuso y hasta péptidos y proteínas.

AM: ¿Qué hace que las nanoMIP sean adecuadas para su uso en ensayos de diagnóstico in vitro? ¿Existen otras aplicaciones en las que se utilicen MIP?

FC: los nanoMIP tienen una gran cantidad de características únicas que son de interés para los desarrolladores de ensayos de diagnóstico. El primero es su robustez: sus estructuras de polímero significan que pueden soportar entornos hostiles y temperaturas fluctuantes, lo que los hace ideales para dispositivos en el campo. Imagine un dispositivo de prueba de drogas en un auto de la policía canadiense: debe soportar temperaturas estacionales extremas además del manejo diario sin afectar el rendimiento. Esto puede ser difícil de lograr con reactivos biológicos, pero los nanoMIP pueden superarlo. Otra característica de los nanoMIP que ha ganado mucho interés es su escalabilidad y reproducibilidad, lo que inevitablemente conduce a la seguridad del suministro. El método de producción química significa que se puede lograr fácilmente la consistencia de lote a lote y se pueden eliminar los riesgos de la cadena de suministro, como que un clon de anticuerpo ya no se produzca. Más allá de los ensayos de diagnóstico, estamos trabajando con varios socios para desarrollar nanoMIP para su uso en bioprocesamiento, particularmente en aplicaciones de detección y cromatografía. Las necesidades aquí están impulsadas por la terapia celular y génica en particular.

AM: ¿Qué ventajas ofrecen los MIP sobre los anticuerpos?

FC: Los anticuerpos son una plataforma tecnológica increíble, y esto se refleja mucho en su uso a través de I+D, diagnósticos y otras aplicaciones. Sin embargo, por su propia naturaleza, los anticuerpos tienen limitaciones. La mayoría de los anticuerpos que se venden comercialmente se han generado a través de una respuesta inmunitaria, que no se puede controlar y, en última instancia, está influenciada por millones de años de biología. Esto hace que sea muy difícil reconocer ciertas clases de moléculas o ciertas características de una molécula dada. Los nanoMIP se pueden diseñar contra casi cualquier objetivo de interés, desde iones, pequeñas moléculas orgánicas, proteínas e incluso un virus completo. Esto los convierte en una opción ideal para atacar especies como sustancias tóxicas, drogas y sus metabolitos.

Desde la perspectiva del perfil del producto, los nanoMIP están definidos químicamente y no contienen componentes animales, lo que permite una generación rápida a escala. Esta es, por supuesto, una de las características clave que ha atraído el interés de la Fundación Bill y Melinda Gates para abordar las pruebas infecciosas a gran escala en países de ingresos bajos y medios.

AM: MIP Discovery recibió recientemente fondos de la Fundación Bill & Melinda Gates. ¿Puede explicar cómo se utilizará esta financiación y algunos de los impactos esperados que tendrá el proyecto?

FC: La subvención de la Fundación Bill y Melinda Gates respalda un proyecto innovador para desarrollar nanoMIP para su uso en una futura respuesta a una pandemia. Este proyecto se suma a la financiación de otros socios como Sapphiros, como una mejora sobre los anticuerpos, para habilitar rápidamente pruebas de diagnóstico de bajo costo y alto volumen, para países de bajos y medianos ingresos durante brotes endémicos o pandémicos. Los objetivos clave del proyecto incluyen la reducción de los plazos actuales para permitir el diseño y la ampliación de nuevos reactivos de detección en menos de cuatro semanas. Luego, los reactivos de detección nanoMIP se pueden implementar utilizando plataformas de diagnóstico de alto rendimiento a escala global. Nuestro enfoque de "escala horizontal" permitirá que MIP Discovery aborde múltiples marcadores de diagnóstico a la vez, al mismo tiempo que logra los volúmenes necesarios para el diagnóstico a gran escala.

Esperamos que este proyecto impacte en la velocidad a la que la industria puede responder a situaciones endémicas y pandémicas, ya sean naturales o de otro tipo.

AM: ¿Tiene planes para desarrollar NanoMIP para el diagnóstico de enfermedades no transmisibles? ¿Qué otras innovaciones prevé para los MIP?

FC: Nuestro enfoque en los próximos 24 meses, más allá de las enfermedades infecciosas, es resolver problemas con una importante necesidad insatisfecha que puede afectar la calidad de vida. La primera área de enfoque es sobre las drogas de abuso, particularmente la pandemia de fentanilo en América del Norte. La creación de reactivos para permitir mejores pruebas en el campo es uno de los pasos clave en la lucha contra esta epidemia química.

Nuestra segunda área de enfoque es el bioprocesamiento, particularmente en torno a la terapia celular y génica. Los tratamientos de terapia celular y génica se encuentran entre los más costosos en cualquier servicio de atención médica. Son complejos y costosos de producir. Los nanoMIP son ideales para los procesos de detección y cromatografía en línea en entornos industriales, lo que podría permitir la generación de terapias de mayor calidad a un costo menor.

El Dr. Francesco Canfarotta habló con Anna MacDonald, editora ejecutiva interina de Technology Networks.