Cuando Rachel Letteri se unió a la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia en 2018, estaba ansiosa por establecer su laboratorio de biomateriales poliméricos. Se especializa en combinar péptidos -fragmentos de proteínas hechos de aminoácidos- con polímeros para dar a los materiales nuevas funciones que son útiles en ingeniería y medicina.

Crédito de la foto: Tom Cogill, Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia

Cuando Rachel Letteri se unió a la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia en 2018, estaba ansiosa por establecer su laboratorio de biomateriales poliméricos. Se especializa en combinar péptidos -fragmentos de proteínas hechos de aminoácidos- con polímeros para dar a los materiales nuevas funciones que son útiles en ingeniería y medicina.

Ahora, Letteri, profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Química, recibió un premio de $ 1.8 millones para maximizar la investigación de los investigadores de los Institutos Nacionales de Salud para investigadores en etapa inicial para seguir un área de investigación nueva pero relacionada: el uso de polímeros, versátil materiales con infinitas posibilidades de diseño, para entregar péptidos como medicamentos.

«Los péptidos pueden ser muy efectivos como terapia para varias enfermedades», dijo Letteri. «El problema es que no permanecen en el torrente sanguíneo por mucho tiempo porque son muy pequeños o porque el sistema inmunitario los elimina. También pueden ser tóxicos para las células sanas o no ser completamente solubles”.

Estas son algunas de las razones por las que el Dr. Molly Hughes, profesora del Departamento de Enfermedades Infecciosas y Salud Internacional de la Facultad de Medicina de la UVA, buscaba un colaborador familiarizado con la química de péptidos. El equipo de Hughes investigó los péptidos del sistema inmunitario como nuevos antibióticos contra una amplia variedad de bacterias multirresistentes.

“Me emocioné cuando, en mis primeras semanas en la UVA, recibí un mensaje de la profesora Shayn Peirce-Cottler de ingeniería biomédica que me puso en contacto con Molly y su laboratorio. El potencial para hacer avanzar la medicina fue la razón por la que inicialmente me metí en la investigación, y la oportunidad de trabajar junto a un médico fue increíblemente emocionante”, dijo Letteri, señalando lo importante que es para los ingenieros e investigadores compartir su trabajo en el mundo real para calibrar las demandas. que los médicos enfrentan todos los días.

El MIRA, como se conoce a la beca, sigue a otro reconocimiento prometedor para Letteri, el Premio CARRERA de la Fundación Nacional de Ciencias. El MIRA es popular por su flexibilidad; La subvención permite a los investigadores ampliar su área de investigación dentro de la misión del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales sin vincular las vías de investigación a un proyecto financiado específicamente.

Letteri se enteró de la financiación del profesor asistente Steven Caliari, quien recibió un MIRA 2020.

«Steven desempeñó un papel tan importante en todo, desde alentar las solicitudes hasta revisar los borradores de las solicitudes», dijo Letteri. “Muchos otros también han contribuido: el departamento de ingeniería química es realmente asombroso. Y también la comunidad de investigación de polímeros es excelente y está dispuesta a brindar aportes y apoyar a mis estudiantes. Definitivamente no fue un esfuerzo de una sola persona, lejos de la imaginación”.

El laboratorio de biomateriales poliméricos de Letteri recibirá financiación durante los próximos cinco años, incluido el apoyo financiero para estudiantes de doctorado.

«Una de las cosas más emocionantes de este MIRA es que comencé con probablemente los mejores estudiantes, probablemente no, comencé con los mejores estudiantes que podría haber pedido, para construir el laboratorio», dijo Letteri. «La financiación flexible brinda a todos estos excelentes estudiantes la oportunidad de explorar y construir una nueva dirección central en el laboratorio».

Está bien, pero Letteri es demasiado humilde, dijo William Epling, presidente del departamento.

«Rachel es tan curiosa y creativa en su enfoque que MIRA es perfecto para ella», dijo Epling, profesora de ingeniería química Alice M. y Guy A. Wilson. “Los biomateriales y la ingeniería de tejidos han surgido como áreas de investigación en las que los rayos UVA tienen un impacto, y Rachel es una gran parte de eso. Hay mucha energía y emoción detrás de su importante trabajo. El hecho de que nuestro departamento reciba dos premios MIRA en dos años me dice que otros también lo ven”.

Los miembros del equipo de Letteri en el MIRA – Ph.D. Los estudiantes Mara Kuenen, Zixian Cui, Mark Bannon y Vince Gray se centrarán en cómo se puede utilizar la poderosa química de los polímeros para superar las limitaciones de los péptidos como tratamientos en medicina. A pesar de los prometedores estudios de laboratorio, pocas terapias peptídicas han superado las pruebas clínicas debido a estas limitaciones.

Los polímeros, a veces denominados macromoléculas, son cualquier material formado por moléculas grandes que a su vez están formadas por subunidades repetitivas como bloques de construcción. Estos bloques y los enlaces químicos entre ellos pueden alterarse de manera mínima, lo que da como resultado grandes cambios en las propiedades físicas del material, p. B. si es duro o blando, elástico o líquido y qué tan rápido se disuelve.

Las posibilidades de diseño son infinitas, por lo que tanto los polímeros naturales como los artificiales son omnipresentes. Están en alimentos, ropa, plásticos y en los geles transparentes que absorben agua que Letteri está desarrollando en su laboratorio para imitar el tejido vivo. Letteri también desarrollará nuevas formulaciones terapéuticas con MIRA.

«El objetivo del proyecto MIRA es usar polímeros para presentar estos péptidos terapéuticos de una manera que ayude a maximizar sus efectos», dijo Letteri. «Necesitamos averiguar qué detalles, a nivel molecular, realmente hacen que estos péptidos brillen como tratamientos».

Las posibles presentaciones incluyen unir múltiples péptidos a una sola cadena de polímero para que puedan trabajar juntos, o encapsular péptidos en un vehículo de polímero para que estén disponibles lentamente.

Por ejemplo, para tratar infecciones, unir un péptido antimicrobiano a un polímero soluble en agua reduce la toxicidad y estabiliza el péptido en presencia de enzimas que descomponen los péptidos, pero también bloquea la interacción con las bacterias que el péptido está diseñado para matar.

¿Qué pasa si reorganizas los bloques de construcción del polímero?

«Creemos que los polímeros solubles en agua tienen un tremendo potencial para representar péptidos de diferentes maneras, y tenemos mucho control sobre cómo construimos estas moléculas», dijo Letteri.

Letteri también comenzó con el Dr. William Petri, profesor de medicina de Wade Hampton Frost y jefe de la División de Enfermedades Infecciosas de la UVA, cuyo laboratorio estaba entusiasmado con un péptido que podría ayudar a tratar el COVID-19.

«Debido a que este péptido tampoco dura mucho en el cuerpo, pensamos que este podría ser un proyecto muy bueno para trabajar en equipo y ver si podemos ayudar a extender la vida útil del péptido», dijo Letteri.

Una subvención inicial del Instituto Global de Enfermedades Infecciosas de la UVA financió el trabajo inicial con el laboratorio de Hughes que combina polímeros con péptidos antimicrobianos, mientras que otra del Centro de Ingeniería en Medicina financió su colaboración con Petri.

«Las fuentes internas de UVA ayudaron a impulsar los esfuerzos de mi laboratorio para usar polímeros para presentar y maximizar la función de los péptidos terapéuticos con Molly y Bill», dijo Letteri. «Este MIRA realmente establecerá esto como una dirección de investigación a largo plazo en mi laboratorio».

MIRA de Letteri financiará el desarrollo de polímeros para la unión y encapsulación de péptidos terapéuticos para tratar infecciones virales y bacterianas resistentes, así como péptidos con potencial para tratar proteínas malformadas asociadas con enfermedades como la esclerosis lateral amiotrófica y el Alzheimer.

La investigación también tiene implicaciones más amplias, ya que los péptidos también parecen ser efectivos contra las lesiones que resultan de un ataque al corazón, un accidente cerebrovascular y la radiación.

«Es de esperar que lo que aprendamos sobre cómo la estructura molecular se relaciona con las propiedades y, en última instancia, la función de los péptidos como agentes terapéuticos ayude a otros que trabajan en el mismo campo, acelerando así la adopción de esta emocionante clase de agentes terapéuticos», dijo Letteri.


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