Os cientistas desenvolveram uma plataforma terapêutica inovadora, imitando as intrincadas estruturas dos vírus com recurso à inteligência artificial (IA).
O professor Sangmin Lee, do Departamento de Engenharia Química da POSTECH, em colaboração com o professor vencedor do Prémio Nobel da Química de 2024, David Baker, da Universidade de Washington, desenvolveu uma plataforma terapêutica inovadora, imitando as estruturas intrincadas dos vírus utilizando inteligência artificial ( IA). A sua investigação pioneira foi publicada na Nature a 18 de dezembro.
Os vírus são concebidos exclusivamente para encapsular material genético dentro de invólucros esféricos de proteínas, permitindo-lhes replicar-se e invadir as células hospedeiras, causando muitas vezes doenças.
Inspirados por estas estruturas complexas, os investigadores têm explorado proteínas artificiais modeladas a partir de vírus.
Estas "nanocages" imitam o comportamento viral, entregando eficazmente genes terapêuticos às células-alvo.
No entanto, as nanogaiolas existentes enfrentam desafios significativos: o seu pequeno tamanho restringe a quantidade de material genético que podem transportar e os seus designs simples não conseguem replicar a multifuncionalidade das proteínas virais naturais.
Para resolver estas limitações, a equipa de investigação utilizou um design computacional baseado em IA.
Embora a maioria dos vírus exiba estruturas simétricas, também apresentam assimetrias subtis.
Aproveitando a IA, a equipa recriou estas características diferenciadas e concebeu com sucesso nanogaiolas em formatos tetraédricos, octaédricos e icosaédricos pela primeira vez.
As nanoestruturas resultantes são compostas por quatro tipos de proteínas artificiais, formando arquiteturas intrincadas com seis interfaces proteína-proteína distintas.
Entre estes, a estrutura icosaédrica, com até 75 nanómetros de diâmetro, destaca-se pela capacidade de reter três vezes mais material genético do que os vetores convencionais de entrega de genes, como os vírus adeno-associados (AAV), marcando um avanço significativo na terapia genética.
A microscopia eletrónica confirmou que as nanogaiolas projetadas por IA alcançaram estruturas simétricas precisas como pretendido.
As experiências funcionais demonstraram ainda a sua capacidade de fornecer eficazmente cargas terapêuticas às células-alvo, abrindo caminho para aplicações médicas práticas.
“Os avanços na IA abriram as portas para uma nova era onde podemos conceber e montar proteínas artificiais para satisfazer as necessidades da humanidade”, disse o professor Sangmin Lee.
“Esperamos que esta investigação não só acelere o desenvolvimento de terapias genéticas, mas também impulsione avanços em vacinas de próxima geração e outras inovações biomédicas”.
O Professor Lee trabalhou anteriormente como investigador de pós-doutoramento no laboratório do Professor Baker na Universidade de Washington durante quase três anos, de fevereiro de 2021 até ao final de 2023, antes de se juntar à POSTECH em janeiro de 2024.
Este estudo foi apoiado pelo Ministério da Ciência e TIC da República da Coreia no âmbito do Programa Outstanding Young Scientist, do Programa de Desenvolvimento de Nanotecnologia e Materiais e do Programa Global Frontier Research, com financiamento adicional fornecido pelo Howard Hughes Medical Institute (HHMI) em os Estados Unidos.
Fonte: Pohang University of Science & Technology (POSTECH)/ScienceDaily
