科学家开发出了一种新方法，无需使用冰箱或冰柜即可储存和分发关键的蛋白质疗法。
这一突破发表在《自然》杂志上，可以显著提高冷藏基础设施缺乏的发展中国家对必需蛋白质药物的可及性，有助于诊断和治疗更多患有严重健康疾病的患者。
来自曼彻斯特大学、格拉斯哥大学和华威大学的研究人员设计了一种水凝胶(一种主要由水组成的材料)，可以稳定蛋白质，在高达50°C的温度下保护其特性和功能。
该技术可以使蛋白质保持稳定，甚至可以通过邮局邮寄而不会损失功效，为以更经济、更低能耗的方式为患者和诊所提供重要治疗开辟了新的可能性。
蛋白质疗法可用于治疗多种疾病，从癌症到糖尿病，最近还用于治疗肥胖症，在现代医学和生物技术中发挥着重要作用。然而，保持蛋白质疗法的稳定性和安全性以进行储存和运输是一项挑战。蛋白质疗法必须保持低温以防止变质，这会消耗大量能源，并限制其在发展中国家的公平分配。
药品中还经常含有添加剂(称为赋形剂)，这些添加剂必须对药品及其接受者来说是安全的，从而限制了材料的选择。
该发现可能对诊断和制药行业产生重大影响。
格拉斯哥大学化学学院教授戴夫·亚当斯(DaveAdams)是该论文的通讯作者之一。他说：“在新冠疫苗推出的早期，新闻媒体对疫苗的运输和储存挑战给予了极大关注，以及医务人员在疫苗解冻后如何迅速将疫苗接种到患者身上。
“我们开发的技术标志着我们在克服现有‘冷链’将治疗性蛋白质输送给患者的挑战方面取得了重大进展。我们的测试结果非常令人鼓舞，远远超出了目前水凝胶储存技术的耐热和抗震能力。这可能有助于在未来创建更加强大的输送系统，从而减少对操作和温度管理的细致要求。”
这种水凝胶由一种称为低分子量胶凝剂(LMWG)的材料制成，这种材料形成由长而硬的纤维组成的三维网络。当蛋白质被添加到水凝胶中时，它们会被困在纤维之间的空隙中，无法混合和聚集——这一过程限制或阻止了它们作为药物的有效性。
葡聚糖被包裹在CaCl2交联的LMWG中，并从中释放出来。图片来源：Nature(2024)。DOI：10.1038/s41586-024-07580-0
凝胶纤维网络的独特机械性能既坚硬又易碎，确保纯蛋白质能够轻松释放。当将蛋白质储存凝胶储存在配有特殊过滤器的普通注射器中时，向下推柱塞即可产生足够的压力来破坏纤维网络，从而释放蛋白质。然后，蛋白质干净地穿过过滤器，与缓冲材料一起从注射器尖端流出，留下凝胶。
“我们的突破使我们能够在室温下储存和分发蛋白质，无需任何添加剂，这是一个非常令人兴奋的前景，”马修·吉布森教授说。
在论文中，研究人员展示了水凝胶如何储存两种有价值的蛋白质：用于治疗糖尿病的胰岛素和在生物技术和生命科学中具有广泛应用的酶β-半乳糖苷酶。
通常，胰岛素必须保持低温静止，因为加热或摇晃会阻止其发挥有效治疗作用。该团队通过将样品加热至25°C并以每分钟600转的速度旋转来测试其水凝胶悬浮液对胰岛素的有效性，这是一项远远超出任何真实场景的应变测试。测试完成后，该团队能够从水凝胶中回收全部胰岛素，表明它已免受粗暴处理。
随后，研究小组在水凝胶中测试了β-半乳糖苷酶样品，将样品在50°C的温度下储存了七天，这一温度超过了现实世界中运输的任何实际温度。从水凝胶中提取酶后，研究小组发现，与常温下储存的新鲜样品相比，酶保留了97%的功能。
第三次测试中，研究团队将悬浮在水凝胶中的蛋白质样本放入邮筒，这些样本在两个地点之间运输了两天。样本到达目的地后，研究团队的分析显示，凝胶的结构保持完好，蛋白质完全没有聚集。
吉布森是曼彻斯特大学的教授，也是这篇论文的另一位通讯作者。他说：“运送和保存完整的蛋白质对于生物技术、诊断和治疗等许多领域都至关重要。最近，有研究表明，水凝胶可用于防止蛋白质聚集，从而使蛋白质可以保存在室温或更高的温度下。”
“然而，将水凝胶成分与蛋白质分离或证明它们可以安全食用并不总是那么容易。我们的突破消除了这一障碍，使我们能够在室温下储存和分发蛋白质，无需任何添加剂，这是一个非常令人兴奋的前景。”
该团队目前正在探索这项正在申请专利的技术的商业机会并进一步证明其适用性。