Productos farmacéuticos de origen vegetal-Impresión sin plantas | noticias espejismo

Estudiantes graduados de Rochester han desarrollado un sistema de bioimpresión 3D para replicar las sustancias químicas que se encuentran en las plantas, incluidas las amenazadas por el cambio climático.

Imagínese un mundo sin plantas. Incluso si este escenario extremo no se hace realidad, la Tierra se enfrenta a una tendencia a agotar rápidamente los medicamentos potenciales de las plantas. Decenas de miles de especies de plantas con flores desempeñan un papel importante en el uso medicinal en todo el mundo, pero muchos de los productos farmacéuticos que dominan el mercado estadounidense dependen en gran medida de materias primas importadas que requieren condiciones climáticas muy específicas para un crecimiento óptimo. Las amenazas a muchas especies de plantas se ven exacerbadas por factores como el cambio climático, plagas y enfermedades invasoras y prácticas agrícolas que luchan por satisfacer la alta demanda del producto final.

Un grupo de 10 personas para solucionar estos problemas. Universidad de Rochester Los estudiantes universitarios han implementado nuevas tecnologías para replicar de manera más eficiente las sustancias químicas beneficiosas que se encuentran en las plantas, incluidas las sustancias químicas que están en riesgo de extinción debido al cambio climático de la Tierra. Llamándose a sí mismos "Equipo RoSynth", los estudiantes han creado un sistema de impresión 3D asequible para agilizar la producción de medicamentos y productos farmacéuticos de origen vegetal en demanda.

En noviembre, el equipo comenzó su investigación en 2023. Concurso internacional de máquinas de ingeniería genética (iGEM), un evento donde equipos liderados por estudiantes de todo el mundo compiten para resolver problemas del mundo real utilizando biología sintética. La biología sintética aprovecha la ingeniería para crear piezas biológicas inspiradas en la naturaleza. El proyecto del equipo de Rochester fue nominado a "Mejor Proyecto de Biofabricación" y "Mejor Equipo" y recibió una medalla de oro, lo que los convierte en el tercer equipo más reconocido de Estados Unidos. El equipo compitió contra 402 equipos de seis continentes.

"La tecnología del equipo RoSynth tiene un gran potencial para avanzar en todo el campo de la biología sintética, permitiendo la producción simple y asequible de nuevos materiales vivos diseñados", dice Ana S. meyerprofesor asociado del departamento Departamento de Biología y uno de los asesores del equipo iGEM de Rochester.

Método "ingenioso" de bioimpresión de hidrogeles

El equipo RoSynth desarrolló su propia bioimpresora 3D para imprimir sustancias similares a hidrogeles hechas de agua y polímeros capaces de retener y liberar moléculas biológicas. El sistema del equipo de Rochester es único porque imprime bacterias y levaduras genéticamente modificadas en hidrogeles adyacentes, que luego se sumergen en un caldo nutritivo líquido. El complejo trabajo de elaborar químicamente el producto final se divide entre dos tipos de microbios, lo que hace que el proceso sea más fácil y rápido.

El principal descubrimiento es que las levaduras y las bacterias necesitan crecer por separado para evitar que un microbio crezca rápidamente y muera el otro; sin embargo, ambos microbios deben poder intercambiar moléculas para crear la composición química del producto final.

"Una bioimpresora típica cuesta más de 10.000 dólares, pero nosotros la fabricamos por menos de 500 dólares". -Allie Tay '25

"A los estudiantes se les ocurrió una solución ingeniosa para este complejo problema", dice Meyer. "Las levaduras y las bacterias se bioimprimieron en 3D en hidrogeles, por lo que los microbios se mantuvieron separados, pero las moléculas que produjeron pudieron intercambiarse libremente".

El enfoque conduce a la producción sintética de productos químicos de origen vegetal sin la necesidad de plantas reales.

Como caso de prueba, el grupo sintetizó bioquímicamente ácido rosmarínico (RA). La RA generalmente se obtiene de plantas como el romero, la salvia y el helecho. Se utiliza como aromatizante y en cosmética y también se ha demostrado que tiene propiedades antioxidantes y antiinflamatorias. Aunque el ácido rosmarínico en sí no está en peligro de extinción, fue el extracto perfecto para la prueba.

"El ácido rosmarínico es un valioso compuesto vegetal, pero no es tóxico ni peligroso para los estudiantes", afirma Meyer. "Además, la forma en que se elabora es muy compleja, con muchas enzimas que actúan en secuencia".

Respuesta al cambio climático

Totalmente dirigido por estudiantes, con varios miembros del profesorado actuando como asesores, comenzaron a discutir ideas de proyectos a principios de 2023. Un equipo inspirado por la pandemia de COVID-19, el cambio climático y la ubicación de Rochester cerca de los centros agrícolas de Nueva York. Se ha priorizado el suministro de productos químicos de origen vegetal para abordar los impactos climáticos.

"Como estamos ubicados en Rochester, adyacente a la región de Finger Lakes, una importante región agrícola del estado de Nueva York, hemos estado pensando en cómo los efectos del cambio climático afectarán el rendimiento de los cultivos y el suministro local de alimentos en los próximos años. . plantas y compuestos de origen vegetal”, dice Kathryn See, de 25 años, estudiante de genética molecular.

Medha Pan '24, que también se especializa en genética molecular, dice: "Nuestro equipo de iGEM se centró en la crisis climática y la escasez agrícola, especialmente en la era de COVID. Vimos de primera mano la importancia de una medicina asequible y confiable".

"Como estamos ubicados en Rochester, adyacente a la región de Finger Lakes, una importante región agrícola del estado de Nueva York, hemos estado pensando en cómo los efectos del cambio climático afectarán el rendimiento de los cultivos y el suministro local de alimentos en los próximos años. . plantas y compuestos derivados de plantas.

Ejemplos de medicamentos especializados que se benefician de los métodos y tecnologías desarrollados por el equipo de RoSynth incluyen la aspirina derivada de la corteza de sauce y el taxol que combate el cáncer desarrollado por especies de árboles en peligro de extinción.

Bioimpresora asequible

Parte de la misión del equipo era crear una bioimpresora asequible con un diseño de código abierto que permitiera a otros explorar la producción sintética de productos químicos de origen vegetal.

“Una bioimpresora típica cuesta más de 10.000 dólares, pero construimos una por menos de 500 dólares”, dice Allie Tay, de 25 años, estudiante de ingeniería biomédica. "Queríamos una bioimpresora 3D que estuviera disponible para que los laboratorios hicieran esta prueba de concepto con las moléculas de su elección".

El proyecto está diseñado para que otros científicos puedan modificar genes y diseñar vías en bacterias y levaduras para producir prácticamente cualquier sustancia química de origen vegetal. El diseño de la bioimpresora en sí es asequible. la página Wiki del equipo e incluye instrucciones sobre cómo construir y usar la impresora para que otros puedan crear y adaptar la tecnología para una variedad de usos.

Al combinar la naturaleza con tecnología avanzada, el equipo ha demostrado que los estudiantes de posgrado pueden gestionar proyectos innovadores en un tiempo récord.

"Proyectos como este normalmente toman años para doctorados o estudiantes de posgrado", dice Tay, "y el hecho de que somos estudiantes de posgrado y nos dan de febrero a noviembre, creo que es un gran desafío".