Cuentos

por Evan Robinson '23

14 de agosto de 2023

Investigación y descubrimiento

Cuatro estudiantes de Hamilton y el profesor asociado de química Max Majireck se asociaron recientemente con un instituto de investigación biomédica con sede en Utica para ser pioneros en métodos más seguros y sostenibles para crear proteínas terapéuticas que, cuando se utilizan como herramientas de imágenes, podrían revolucionar la forma en que se detectan enfermedades potencialmente mortales.

El equipo de Hamilton, Kimberly Chase '24, Josef Kubofcik '24, Ryan Rahman '24 y Luke Cohen-Abeles '23, colaboraron con el Instituto de Investigación Médica Masónica (MMRI) de Utica, un prolífico centro de investigación biomédica ubicado a solo unos minutos de instalaciones. Concebido para diagnosticar una enfermedad cardiovascular llamada aterosclerosis, el nuevo proceso produce moléculas peptídicas útiles sin los subproductos perjudiciales de otros métodos de síntesis.

El equipo de investigación de Hamilton-MMRI descubrió un método para crear proteínas terapéuticas (moléculas FTP11) que "evita el uso de compuestos tóxicos, llamados oxidantes, que generalmente se requieren para lograr esta reacción", dijo Max Majireck. En cambio, el nuevo método emplea un sonicador, una máquina que agita partículas a través de ondas sonoras.

La aterosclerosis se encuentra entre las causas de muerte más comunes en el mundo y es la principal causa de muerte en los EE. UU. Es causada por la acumulación de placa en las paredes de las arterias. Esta acumulación restringe el flujo sanguíneo, lo que hace que las arterias se estrechen y endurezcan, lo que en algunos casos provoca coágulos de sangre, ataques cardíacos o accidentes cerebrovasculares. Si bien esto ocurre a menudo en el corazón, la aterosclerosis puede afectar cualquier arteria del cuerpo.

"Disolvemos nuestro compuesto en una cantidad relativamente pequeña de disolvente y le aplicamos algo de energía sonora, lo que creemos que ayuda a mezclar el oxígeno, importante para la reacción química", explicó Majireck.

El oxígeno es necesario para crear un puente disulfuro, una etapa crucial en la síntesis de péptidos. Si bien no tratan la aterosclerosis, los péptidos FTP11 pueden unirse al tinte y usarse para obtener imágenes de los depósitos de fibrina y plaquetas en las arterias. Las proteínas de fibrina y las plaquetas son dos de los componentes principales de los coágulos sanguíneos. Por lo tanto, FTP11 es una "herramienta de imágenes" utilizada para diagnosticar pacientes en riesgo, dijo Rahman.

Un paso clave en la reacción es la ciclación. Según Majireck, esto ocurre al final de la síntesis, cuando los péptidos forman un anillo con un extremo de la molécula uniéndose al otro. "Es mucho más complicado que esto", señaló, "pero es casi como si una cuerda se convirtiera en un círculo".

Para saber cuándo se completa la ciclación, el equipo utilizó una máquina de cromatografía líquida de alto rendimiento-espectrometría de masas (HPLC-MS) para medir la composición de los productos químicos. Tomaron alícuotas, o muestras representativas, de su mezcla de reacción y las colocaron en el HPLC-MS, que luego indicó qué porcentaje del péptido se había ciclado.

La grasa, el colesterol y otras sustancias componen la placa responsable de la aterosclerosis. Dado que no se presentan síntomas hasta que la afección es bastante grave, es mejor ser proactivo: si bien la aterosclerosis se puede tratar con medicamentos, mantener un estilo de vida saludable ayuda a reducir el riesgo de acumulación peligrosa de placa.

La observación inicial de que este método era posible ocurrió en MMRI. A partir de ahí, el equipo de Hamilton se centró en desarrollar los péptidos FTP11 que luego podrían adaptarse con fines médicos. "Mi laboratorio desarrolla nuevas reacciones químicas", dijo Majireck. Para facilitar estas reacciones (en este caso, la formación de puentes disulfuro), los estudiantes fueron los principales responsables de preparar las muestras de péptidos, configurar el HPLC-MS y monitorear el estado de ciclación.

"[Los estudiantes] se han convertido en expertos en el uso de algunos de los instrumentos necesarios y algunos de los métodos experimentales que utilizamos".

Gracias a su participación en cada paso del proceso de investigación, los estudiantes se convirtieron en usuarios competentes de máquinas como el HPLC-MS, que normalmente no se utilizarían para los cursos regulares. "Se han convertido en expertos en el uso de algunos de los instrumentos necesarios y algunos de los métodos experimentales que utilizamos", dijo Majireck. "Hacieron mucho de esto por su cuenta".

Chase destacó el valor de esta experiencia. "Aprendimos muchas técnicas nuevas y trabajamos con equipos diferentes a todo lo que había usado antes... Estoy realmente agradecida de haber podido tener esta oportunidad", dijo.

Los tratamientos existentes para la aterosclerosis que utilizan péptidos FTP11 pueden depender de métodos de producción que involucran compuestos tóxicos. El nuevo proceso sintetiza estas moléculas de una forma más eficiente y ecológica. Una vez desarrolladas, las proteínas FTP11 se pueden utilizar para identificar acumulaciones de placa peligrosas.

Al reflexionar sobre la relación entre MMRI y Hamilton, Majireck describió cómo el proyecto ha “fomentado una colaboración que esperamos sea a más largo plazo”. Si bien se desarrolló este verano en relación con la aterosclerosis, este método de síntesis mejorado ha demostrado ser eficaz también para otras aplicaciones, señaló Cohen-Abeles.

MMRI ya ha comenzado a trabajar en estas otras aplicaciones, y Hamilton no se queda atrás. "La mejor investigación genera más investigación", dijo Majireck. "Cuando descubramos cómo optimizar esta reacción para los péptidos en los que estamos trabajando ahora, probablemente trabajaremos para expandirnos a diferentes péptidos".

El Taylor Science Center es el edificio académico más grande del campus. Fue diseñado para el aprendizaje colaborativo entre profesores y estudiantes, con laboratorios de enseñanza para la investigación práctica.

Visita virtual al Centro de Ciencias

Nuestro hermoso campus

Investigación y descubrimiento

Los estudiantes de Hamilton colaboran con profesores en investigaciones innovadoras. A menudo, las colaboraciones entre estudiantes y profesores dan como resultado artículos publicados en revistas revisadas por pares o en presentaciones en conferencias nacionales.

Majireck recibe una beca de investigación de la NSF

El profesor asociado de química Max Majireck recibió una importante subvención de investigación de la Fundación Nacional de Ciencias para desarrollar nuevos tipos de reactivos, materiales que se utilizan en reacciones químicas que pueden incluir la síntesis de productos farmacéuticos.

Majireck recibe una beca de investigación de la Asociación Estadounidense del Corazón

El profesor asociado de química Max Majireck y el becario postdoctoral Dr. Khanh Ha del Instituto Masónico de Investigación Médica (MMRI) recibieron recientemente una subvención de aproximadamente 154.000 dólares de la Asociación Estadounidense del Corazón (AHA).