分子水平的未来科学

在化学、生物学和工程学的交叉领域进行创新，Brad Pentelute教授和麻省理工学院的Pentelute实验室发明了新的化学、平台和技术，可能会彻底改变治疗方法。他们的公式很简单：受自然启发的研究，从分子水平开始，注入最先进的机器学习和自动化，旨在解决现实世界的问题。

以生物技术长期存在的蛋白质输送问题为例。有效的细胞内蛋白质递送在改善人类健康和治愈疾病方面具有巨大潜力。关键挑战是将大分子（例如肽、蛋白质和寡核苷酸）递送到细胞中。

Pentelute和他的研究团队决定看看他们能从大自然的大分子输送系统中学到什么。更具体地说，他们调查了炭疽病。致命的毒素恰好非常擅长将蛋白质插入细胞，Pentelute解释说，他在哈佛医学院的博士后工作研究了传染因子如何在分子水平上渗透细胞。

Pentelute和他的团队将这种致命的毒素改造成一种载体，用于输送可用于治疗癌症的抗体和肽变体。正如Pentelute所解释的那样，“我们基本上劫持了炭疽递送系统，将蛋白质带入细胞。我们的发现将大大有助于开发持久的基于细胞的蛋白质疗法。

与此同时，他花了12年时间建造一台自动蛋白质打印机，这是与麻省理工学院教授克劳斯·詹森（Klaus Jensen）合作开始的。他们的创新借鉴了大自然核糖体的设计，核糖体将氨基酸缝合在一起，在短短几分钟内产生蛋白质。虽然他们的人造版本不如它的灵感那么快——无论如何，根据Pentelute的说法，还没有——但它确实有助于加速科学实验和药物发现过程。

“我们已经制造了世界上同类产品中最快、最高效的机器;它能够比市售仪器快一个数量级地产生数千个酰胺键，“Pentelute说。这意味着它可能只是加速了癌症疫苗等按需个性化疗法的生产。迄今为止，该平台已被麻省理工学院校园的实验室使用。它也是Amide Technologies的基础，Amide Technologies是一家初创公司Pentelute帮助推出的，以扩大他的创作规模。

他和他在麻省理工学院的团队也建立了其他平台，包括发现能够破坏癌症扩散的新生物活性肽和蛋白质的平台。基于亲和力选择质谱法，Pentelute说他们的发明在Covid-19大流行的高峰期被证明特别有用。它使他们能够成为第一批发现许多可以与 ACE2 受体结合的拟肽剂的人，ACE2 受体是 SARS-CoV-2 进入细胞所必需的。他们还发现了一些与冠状病毒刺突蛋白结合的第一批肽。

这些发现使Pentelute和他的团队意识到他们正在建立一个快速反应平台，正如Pentelute所说，“可以查看蛋白质或一些感兴趣的生物学，并快速识别新的配体，新的粘合剂，最终可用于测定或药物的潜在起点。

基于这项技术，Pentelute帮助启动了一家名为Deoy Therapeutics的制药初创公司。Pentelute说：“今天，Deoy正在努力构建一种基于我们设计的肽的鼻腔配方，该肽可以抑制病毒的进展和传播。我们现在正在测试它，它看起来非常令人兴奋。

尽管他精通将实验室的想法转化为现实世界，但毫不奇怪，Pentelute将行业的需求和需求视为其研究计划中创新的重要驱动力。这也是为什么他认为麻省理工学院工业联络计划（MIT ILP）是麻省理工学院创新生态系统的一个重要方面，是麻省理工学院创新生态系统的一个重要方面。“麻省理工学院ILP一直是我实验室的非凡合作伙伴，”他说。“我们已经制定了至少10个赞助的研究协议，这些协议从ILP的引入开始。这是建立网络、连接和尝试解决问题的新方法的好方法。

问Pentelute关于他的研究的未来，他会告诉你他和他的团队正在努力生成分子数据，以建立能够训练算法以设计具有新功能的分子的系统。在谈到这项工作时，他说：“我们是世界上第一个使用机器学习来设计微型非生物（不是自然设计的）细胞穿透蛋白的人。

他们在新项目上的合作者之一是麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的Manolis Kellis教授。凯利斯以其探索基因组水平变化作为疾病因果驱动因素的开创性工作而闻名。“我们正在建立知识树，以了解是什么导致了肥胖，”Pentelute解释说，“然后我们将来到我的实验室，弄清楚如何快速制造和测试这些分子。

加入麻省理工学院教授努力的是哈佛医学院的Marinka Zitnik。她处于建立治疗数据共享的最前沿，该共享收集数据以构建机器学习模型以加速药物开发。“在Marinka的帮助下，在我们做实验之前，我们可以询问一个分子，鉴于其特定的设计，如何在人类中工作，”Pentelute说。

“就我们做科学的方式而言，这是一个关键时刻，”Pentelute说。“我们正在融合，通过人工智能驱动的分子设计与人类互动来建立一种新的思维范式。在未来，我们将能够根据需要设计分子，不仅影响人类健康，而且影响我们在地球上经历的一切。我们正在跨越到一个新的创新空间——这就是我的动力，这就是我们在Pentelute实验室试图建立的东西。