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Jul 07, 2023

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par Evan Robinson '23 14 août 2023 Recherche et découverte Quatre étudiants de Hamilton et le professeur agrégé de chimie Max Majireck se sont récemment associés à un institut de recherche biomédicale basé à Utica

par Evan Robinson '23

14 août 2023

Recherche et découverte

Quatre étudiants de Hamilton et le professeur agrégé de chimie Max Majireck se sont récemment associés à un institut de recherche biomédicale basé à Utica pour mettre au point des méthodes plus sûres et plus durables pour créer des protéines thérapeutiques qui, lorsqu'elles sont utilisées comme outils d'imagerie, pourraient révolutionner la façon dont les maladies potentiellement mortelles sont détectées.

L'équipe de Hamilton — Kimberly Chase '24, Josef Kubofcik '24, Ryan Rahman '24 et Luke Cohen-Abeles '23 — a collaboré avec le Masonic Medical Research Institute (MMRI) d'Utica, un centre prolifique de recherche biomédicale situé à seulement quelques minutes de Campus. Conçu pour diagnostiquer une maladie cardiovasculaire appelée athérosclérose, le nouveau procédé produit des molécules peptidiques utiles sans les sous-produits néfastes des autres méthodes de synthèse.

L’équipe de recherche Hamilton-MMRI a découvert une méthode pour créer des protéines thérapeutiques (molécules FTP11) qui « évite l’utilisation de composés toxiques, appelés oxydants, qui sont généralement nécessaires pour accomplir cette réaction », a déclaré Max Majireck. Au lieu de cela, la nouvelle méthode utilise un sonicateur, une machine qui agite les particules via des ondes sonores.

L'athérosclérose est l'une des causes de décès les plus courantes dans le monde et la principale cause de décès aux États-Unis. Elle est causée par l'accumulation de plaque sur les parois des artères. Cette accumulation restreint le flux sanguin, provoquant un rétrécissement et un durcissement des artères, entraînant dans certains cas des caillots sanguins, des crises cardiaques ou des accidents vasculaires cérébraux. Bien que cela se produise souvent au niveau du cœur, l’athérosclérose peut affecter toutes les artères du corps.

"Nous dissolvons notre composé dans une quantité relativement petite de solvant et le frappons avec une certaine énergie sonore, ce qui, selon nous, aide à mélanger l'oxygène important pour la réaction chimique", a expliqué Majireck.

L’oxygène est nécessaire à la création d’un pont disulfure, étape cruciale de la synthèse peptidique. Bien qu’ils ne traitent pas l’athérosclérose, les peptides FTP11 peuvent être attachés à un colorant et utilisés pour imager le dépôt de fibrine et de plaquettes dans les artères. Les protéines de fibrine et les cellules plaquettaires sont deux des principaux composants des caillots sanguins. Ainsi, FTP11 est un « outil d’imagerie » utilisé pour diagnostiquer les patients à risque, a déclaré Rahman.

Une étape clé de la réaction est la cyclisation. Selon Majireck, cela se produit à la toute fin de la synthèse, lorsque les peptides forment un anneau avec une extrémité de la molécule se liant à l'autre. "C'est beaucoup plus compliqué que cela", a-t-il noté, "mais c'est presque comme si une corde devenait un cercle."

Pour savoir quand la cyclisation est terminée, l’équipe a utilisé un appareil de chromatographie liquide-spectrométrie de masse haute performance (HPLC-MS) pour mesurer la composition des produits chimiques. Ils ont prélevé des aliquotes, ou des échantillons représentatifs, de leur mélange réactionnel et les ont placés dans la HPLC-MS, qui a ensuite indiqué quel pourcentage du peptide avait été cyclisé.

Les graisses, le cholestérol et d’autres substances composent la plaque responsable de l’athérosclérose. Puisqu'aucun symptôme ne se manifeste jusqu'à ce que la maladie soit assez grave, il est préférable d'être proactif : même si l'athérosclérose peut être traitée par des médicaments, le maintien d'un mode de vie sain contribue à réduire le risque d'accumulation dangereuse de plaque dentaire.

La première observation selon laquelle cette méthode était possible s’est produite au MMRI. À partir de là, l’équipe de Hamilton s’est concentrée sur le développement des peptides FTP11 qui pourraient ensuite être adaptés à des fins médicales. "Mon laboratoire développe de nouvelles réactions chimiques", a déclaré Majireck. Pour faciliter ces réactions – dans ce cas, la formation de ponts disulfure – les étudiants étaient principalement responsables de la préparation des échantillons de peptides, de la mise en place de la HPLC-MS et du suivi de l'état de cyclisation.

« [Les étudiants sont] devenus des experts dans l’utilisation de certains des instruments nécessaires et de certaines des méthodes expérimentales que nous avons utilisées. »

Grâce à leur implication à chaque étape du processus de recherche, les étudiants sont devenus des utilisateurs compétents de machines comme la HPLC-MS, qui ne seraient généralement pas utilisées pour les cours réguliers. "Ils sont devenus des experts dans l'utilisation de certains des instruments nécessaires et de certaines des méthodes expérimentales que nous avons utilisées", a déclaré Majireck. «Ils ont fait beaucoup de choses par eux-mêmes.»