科学家设计新的生物启发分子以促进骨再生(2)

老骨头的甜蜜解决方案

“由于我们小组的工作和其他研究人员的工作，我们知道了一种调节骨形成和修复的独特分子途径。事实上，我们可以将其缩小到两种共同作用以阻止骨再生的蛋白质，硬化素和dickkopf-1“Lorenz Hofbauer教授解释说，”开发改善骨骼愈合的药物的最大挑战是有效地关闭这两种蛋白质，它们同时充当制动信号。
跨学科方法是应对这一挑战的关键。由德累斯顿工业大学生物技术中心（BIOTEC）的Maria Teresa Pisabarro教授领导的结构生物信息学小组和由德累斯顿工业大学材料科学研究所Max Bergmann生物材料中心（MBC）的PD Dr. Vera Hintze领导的功能生物材料小组将他们的专业知识与德累斯顿工业大学医学院的骨骼专家Lorenz Hofbauer教授相结合。
“几年来，我们利用计算机模拟的力量来研究调节骨形成的蛋白质如何与其受体相互作用。所有这些都是为了设计出可以有效干扰这些相互作用的新分子。我们在计算机和工作台之间协同工作，设计新分子并对其进行测试，将结果反馈给我们的分子模型，并更多地了解我们目标所需的分子特性，“Pisabarro教授解释道。
最后，Lorenz Hofbauer骨骼实验室的团队使用一种在小鼠骨缺损上加载新分子的生物材料来测试其有效性。该小组发现，含有新分子的材料优于标准生物材料，并可增强骨愈合高达50%，这表明它们具有改善骨再生的潜力。

增值链：从计算机到实验室工作台再到返回

多学科团队使用合理的药物设计来创造具有定制特性和最小副作用的新分子。通过使用计算方法来预测和改进设计分子的特性，该团队能够开发一系列具有最大潜力的候选物质，以关闭阻止骨再生的蛋白质。
Pisabarro小组的专业知识允许对阻断骨再生的两种蛋白质的三维（3D）结构进行彻底分析。有了这个，他们能够以3D形式模拟它们与受体的相互作用，并识别所谓的热点，即对生物相互作用发生至关重要的特定物理化学和动态特性。
“我们使用分子建模来设计新的结构，模仿与两种蛋白质的相关受体相互作用。我们希望这种结合比它们的自然相互作用更强。通过这种方式，我们的新分子将同时劫持蛋白质并有效地关闭它们以打开骨再生，“Pisabarro教授解释说。
“Pisabarro小组设计的分子由我们在柏林自由大学的同事合成，然后通过生物物理相互作用分析分析其蛋白质结合特性，”PD Dr. Hintze说。“对于每个分子，我们能够测量与蛋白质的结合强度以及它们对蛋白质天然受体结合的干扰。因此，我们可以凭经验揭示每个小分子在关闭抑制蛋白方面的效果。Hofbauer小组随后在细胞培养模型中和后来的小鼠中测试了这些相互作用研究的生物学相关性。