‘nanocages’ projetadas por IA imitam o comportamento viral para terapia genética aprimorada

Os pesquisadores desenvolveram uma plataforma terapêutica inovadora, imitando as intrincadas estruturas dos vírus usando inteligência synthetic (IA). Sua pesquisa pioneira foi publicado em Natureza em 18 de dezembro.

Os vírus são projetados exclusivamente para encapsular materials genético dentro de esferas esféricas. proteína conchas, permitindo-lhes replicar e invadir as células hospedeiras, muitas vezes causando doenças. Inspirados por essas estruturas complexas, os pesquisadores têm explorado proteínas artificiais modeladas a partir de vírus.

Essas “nanocages” imitam o comportamento viral, entregando efetivamente genes terapêuticos às células-alvo. No entanto, as nanogaiolas existentes enfrentam desafios significativos: o seu pequeno tamanho restringe a quantidade de materials genético que podem transportar e os seus designs simples não conseguem replicar a multifuncionalidade das proteínas virais naturais.

Para resolver essas limitações, a equipe de pesquisa usou projeto computacional. Embora a maioria dos vírus exiba estruturas simétricas, eles também apresentam assimetrias sutis. Aproveitando a IA, a equipe recriou essas características diferenciadas e projetou 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, medindo até 75 nanômetros de diâmetro, destaca-se pela capacidade de reter três vezes mais materials 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 eletrônica confirmou que as nanogaiolas projetadas por IA alcançaram estruturas simétricas precisas conforme pretendido. Experimentos funcionais demonstraram ainda sua capacidade de fornecer efetivamente cargas terapêuticas às células-alvo, abrindo caminho para aplicações médicas práticas.

“Os avanços na IA abriram as portas para uma nova period onde podemos projetar e montar proteínas artificiais para atender às 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”.

Para este estudo, o Professor Lee colaborou com o Professor David Baker, ganhador do Prêmio Nobel de Química de 2024, da Universidade de Washington. O Professor Lee trabalhou anteriormente como pesquisador de pós-doutorado no laboratório do Professor Baker por quase três anos, de fevereiro de 2021 ao ultimate de 2023, antes de ingressar no Departamento de Engenharia Química da POSTECH em janeiro de 2024.