Τα περισσότερα βιολογικά υλικά αποθηκεύονται ως υγρά ή λυοφιλοποιημένες σκόνες και διατηρούνται σε χαμηλές θερμοκρασίες για όλη τη διάρκεια ζωής τους. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω ενός πολύπλοκου, ολοκληρωμένου συστήματος ψυγείων και καταψυκτών, γνωστό ως ψυχρή αλυσίδα. Αυτό απαιτεί σημαντική επένδυση σε εξοπλισμό και υποδομή, γεγονός που καθιστά δαπανηρή τη συντήρησή του και καθιστά την αλυσίδα ψύξης επιρρεπής σε καθυστερήσεις αποστολής, διακοπές ρεύματος, αστοχία εξοπλισμού και ανθρώπινο λάθος.

Για να αντιμετωπίσουν τα ζητήματα που σχετίζονται με την ψυχρή αλυσίδα, ερευνητές στο Πολιτειακό Πολυτεχνείο της Καλιφόρνια (Cal Poly) ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή πλατφόρμα για την αποθήκευση και τη μεταφορά βιολογικών υλικών που λένε ότι έχει μεγάλες δυνατότητες για χρήση από ιατρικές και επιστημονικές κοινότητες.

Για να αναπτύξουν τη νέα τους πλατφόρμα αποθήκευσης, οι ερευνητές εμπνεύστηκαν από το ντουλάπι οικιακών φαρμάκων, όπου τα φάρμακα αποθηκεύονται με τη μορφή υγρών, κάψουλων γεμάτες με σκόνη και δισκίων. Έτσι ξεκίνησαν την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας βασισμένης στα δισκία, που θα επέτρεπε στα βιολογικά υλικά να συμπιέζονται σε στερεή κατάσταση.

«Όπως τα δισκία άλλαξαν τον τρόπο με τον οποίο παίρνουμε φάρμακα, η πλατφόρμα αποθήκευσης στερεάς κατάστασης ανοίγει νέες δυνατότητες για τον τρόπο χειρισμού και χρήσης βιολογικών υλικών, ξεκλειδώνοντας τις δυνατότητες για υπάρχουσες θεραπείες και αναδυόμενες βιοτεχνολογίες», δήλωσε ο Javin Oza, αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης. .

Τα δισκία παρέχουν πλεονεκτήματα στην αποθήκευση και το χειρισμό βιοϋλικών ή βιολογικών ουσιών, τα οποία δεν έχει η ψυχρή αλυσίδα. Για παράδειγμα, μπορούν να αποθηκευτούν σε θερμοκρασία δωματίου. Και, όταν απαιτούνται, το δισκίο μπορεί να διαλυθεί σε νερό.

«Η καινοτομία μας κάνει την αποθήκευση και τη χρήση βιολογικών ουσιών τόσο εύκολη όσο ένα δισκίο, απλά ρίξτε το σε νερό, ανακατέψτε και είναι έτοιμο», είπε ο Oza.

Οι ερευνητές βασίστηκαν σε ένα σύστημα πρωτεϊνοσύνθεσης χωρίς κύτταρα (CFPS) ενσωματωμένο στην πλατφόρμα δισκίων στερεάς κατάστασης τους. Το CFPS παράγει γρήγορα πρωτεΐνες χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα που περιέχει συστατικά βιολογικών μηχανημάτων όπως ριβοσώματα, ένζυμα, DNA και αμινοξέα αλλά χωρίς τη χρήση ζωντανών κυττάρων. Το CFPS έχει χρησιμοποιηθεί στην ανακάλυψη και παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων, στη δημιουργία εμβολίων κατ’ απαίτηση και βιοαισθητήρων που ανιχνεύουν παθογόνα.

Εδώ, τα συστατικά της αντίδρασης CFPS αναμίχθηκαν και δημιουργήθηκε ένα σταθερό παρασκεύασμα με κατάψυξη και αφυδάτωση του κατεψυγμένου προϊόντος υπό υψηλό κενό σε μια διαδικασία που ονομάζεται λυοφιλοποίηση. Στη συνέχεια πιέστηκε σε σφαιρίδιο στερεάς κατάστασης.

Οι ερευνητές μπόρεσαν να αποδείξουν ότι το σύστημα στερεάς κατάστασης ήταν σε θέση να υποστηρίξει ένα πολύπλοκο βιοχημικό μείγμα. Όταν ένα σφαιρίδιο που περιείχε κυτταρικό μηχανισμό ικανό να αποκωδικοποιήσει τη γενετική πληροφορία για την παραγωγή RNA και πρωτεϊνών προστέθηκε στο νερό, επανενεργοποιούσε και αποκωδικοποίησε πληροφορίες σαν να ήταν ακόμα μέσα στο κύτταρο. Στη συνέχεια ενσωμάτωσαν το σύστημα επεξεργασίας γονιδίων CRISPR-Cas9 σε ένα πέλλετ και βρήκαν ότι ενεργοποιήθηκε με παρόμοιο τρόπο μετά την αποθήκευση σε στερεή κατάσταση.

Οι ερευνητές λένε ότι η νέα τους μέθοδος αποθήκευσης και χειρισμού που βασίζεται σε tablet είναι απλή στη χρήση και δεν απαιτεί ειδική εκπαίδευση, καθιστώντας την κατάλληλη για ευρείες εφαρμογές. Για παράδειγμα, η αποθήκευση θεραπευτικών σκευασμάτων σε θερμοκρασία δωματίου σε απομακρυσμένες τοποθεσίες όπου η ψυκτική αλυσίδα δεν είναι διαθέσιμη, έτοιμη για ενεργοποίηση κατ’ απαίτηση.

Βλέπουν όμως εφαρμογές πέρα ​​από βελτιώσεις στην αποθήκευση και το χειρισμό βιολογικών υλικών. Η πραγματοποίηση τροποποιήσεων στις επικαλύψεις δισκίων θα μπορούσε να βοηθήσει την πλατφόρμα αποθήκευσης στερεάς κατάστασης να αντέξει τις περιβαλλοντικές ακραίες συνθήκες όπως η θερμότητα, η υγρασία και τα χημικά. Αυτού του είδους οι αλλαγές μπορεί τελικά να επιτρέψουν τη λήψη ενέσιμων φαρμάκων όπως η ινσουλίνη σε από του στόματος μορφή.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ACS Synthetic Biology .

(photo: pixabay)