在化学、生物学和工程学的交叉领域进行创新，麻省理工学院的Brad Pentelute教授和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。简而言之，他们的公式是:从分子水平开始的受自然启发的研究，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疗疾病方面具有巨大的潜力。关键的挑战是将大分子(如肽、蛋白质和寡核苷酸)送入细胞。

Pentelute和他的研究团队决定看看他们能从自然界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。这种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是研究传染性病原体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，用于运送可用于治疗癌症的抗体和肽变体。正如Pentelute解释的那样，&#quot;我们本质上劫持了炭疽传递系统，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年时间与麻省理工学院教授克劳斯·詹森(Klaus Jensen)合作，建造了一台自动蛋白质打印机。他们的创新借用了自然界核糖体的设计，核糖体可以在几分钟内将氨基酸拼接在一起，生成蛋白质。虽然他们的人造版本没有灵感那么快——至少目前还没有，根据Pentelute的说法——但它确实有助于加速科学实验和药物发现过程。

&#quot;我们已经建造了世界上最快、最高效的机器;它能够产生数千个酰胺键，比市售仪器快一个数量级，”Pentelute说。这意味着它可能会加速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内的实验室使用。这也是Pentelute帮助创立的Amide Technologies公司的基础。

他和他在麻省理工学院的团队也建立了其他平台，包括发现新的生物活性肽和能够破坏癌症扩散的蛋白质的平台。Pentelute表示，基于亲和选择质谱法，他们的发明在Covid-19大流行高峰期被证明特别有用。这使他们成为第一批发现许多可以与ACE2受体结合的肽模拟物的人之一，这是SARS-CoV-2进入细胞所必需的。他们还发现了第一批与冠状病毒刺突蛋白结合的肽。

这些发现让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，&#quot;可以观察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，最终可以用于分析或潜在的药物起点。”

基于这项技术，Pentelute帮助成立了一家名为Decoy Therapeutics的制药初创公司。Pentelute说:&#quot;今天，Decoy公司正致力于建立一种基于我们设计的肽的鼻腔配方，这种肽可以抑制病毒的进展和传播。我们现在正在测试，它看起来相当令人兴奋。”

Pentelute在将实验室中的想法转化为现实世界方面非常精通，因此毫不奇怪，他认为行业的需求是他研究项目创新的重要驱动力。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。麻省理工学院工业联络计划是麻省理工学院最全面的行业门户。&#quot;麻省理工学院ILP一直是我实验室的杰出合作伙伴，”他说。&#quot;从引入ILP开始，我们已经收集了至少10个赞助研究协议。这是建立人际关系、建立联系、尝试解决问题的新方法的好方法。”

如果你问Pentelute他研究的未来，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来设计具有新功能的分子的系统。谈到这项工作，他说:&#quot;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)细胞穿透蛋白质的人。”

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的Manolis Kellis教授是他们新项目的合作者之一。Kellis以其开创性的工作而闻名，他探索了基因组水平的变化作为疾病的因果驱动因素。&#quot;我们正在构建知识树，以了解驱动因素，例如肥胖，”Pentelute解释说，&#quot;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。”

哈佛医学院的Marinka Zitnik也加入了麻省理工学院教授的行列。她是建立治疗数据共享的最前沿，该共享收集数据以建立机器学习模型以加速药物开发。Pentelute说:&#quot;在Marinka的帮助下，在我们做实验之前，我们可以问一些问题，考虑到一个分子的特殊设计，它是如何在人体内起作用的。”

&#quot;就我们从事科学研究的方式而言，这是一个关键时刻，”Pentelute说。&#quot;我们正在通过人工智能驱动的分子设计与人类互动，建立一种新的思维模式。在未来，我们将能够根据需要设计分子，不仅影响人类健康，还影响我们在地球上所经历的一切。我们正在跨越式进入一个创新的新领域——这就是我的动力，也是我们在Pentelute实验室试图建立的东西。”

作者：丹尼尔·德·沃尔夫|麻省理工学院工业联络项目

链接：https://news.mit.edu/2023/future-science-molecular-level-brad-pentelute-0915

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