Nature CB: Грядет новая эра в разработке лекарств на основе пероральных пептидов

Десятилетиями многие белки, жизненно важные для лечения различных заболеваний, не удавалось включить в комплекс пероральной лекарственной терапии. Обычные малые молекулы часто не могут связываться с белками с плоской поверхностью или требуют специфичности для определенных гомологов белка.

Как правило, более крупные биологические препараты, способные воздействовать на эти белки, требуют инъекций, что ограничивает удобство и доступность для пациентов.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemical Biology, ученые из лаборатории профессора Кристиана Хейниса в EPFL достигли значительной вехи в разработке лекарств. Их исследование открывает путь к новому классу перорально доступных лекарств, решая давнюю проблему фармацевтической промышленности.

Существует множество заболеваний, для которых были определены мишени, но лекарства, связывающиеся с ними и достигающие их, не могли быть разработаны, — говорит Хайнис.

Большинство из них — это виды рака, а многие мишени в этих заболеваниях представляют собой белково-белковые взаимодействия, которые важны для роста опухоли, но не могут быть ингибированы.

Исследование было сосредоточено на циклических пептидах, которые являются универсальными молекулами, известными своей высокой аффинностью и специфичностью при связывании сложных мишеней заболеваний. В то же время разработка циклических пептидов в качестве пероральных препаратов оказалась затруднительной, поскольку они быстро перевариваются или плохо всасываются в желудочно-кишечном тракте.

Циклические пептиды представляют большой интерес для разработки лекарств, поскольку эти молекулы могут связываться с труднодоступными мишенями, для которых было сложно создать лекарства с помощью известных методов, — говорит Хейнис.

Но циклические пептиды обычно нельзя принимать перорально — в виде таблеток, — что сильно ограничивает их применение.

Циклический прорыв

Исследовательская группа выбрала фермент тромбин, который является критической мишенью для борьбы с болезнями, поскольку играет центральную роль в свертывании крови; регулирование тромбина является ключевым фактором в профилактике и лечении тромботических заболеваний, таких как инсульты и инфаркты.

Чтобы создать циклические пептиды, способные воздействовать на тромбин и обладающие достаточной стабильностью, ученые разработали двухступенчатую стратегию комбинаторного синтеза, позволяющую синтезировать обширную библиотеку циклических пептидов с тиоэфирными связями, которые повышают их метаболическую стабильность при пероральном приеме.

Теперь нам удалось создать циклические пептиды, которые связываются с выбранной нами мишенью заболевания и могут быть приняты перорально, — говорит Хейнис.

Для этого мы разработали новый метод, в котором тысячи небольших циклических пептидов со случайными последовательностями химически синтезируются на наноуровне и исследуются с высокой пропускной способностью.

Два шага, один горшок

Новый метод включает в себя два этапа и проходит в одном и том же реакционном контейнере, что химики называют «одним горшком».

На первом этапе синтезируются линейные пептиды, которые затем подвергаются химическому процессу формирования кольцеподобной структуры — говоря техническим языком, «циклизации». Для этого используются „бис-электрофильные линкеры“ — химические соединения, используемые для соединения двух молекулярных групп вместе — с образованием стабильных тиоэфирных связей.

На втором этапе циклизованные пептиды подвергаются ацилированию — процессу присоединения к ним карбоновых кислот, что еще больше разнообразит их молекулярную структуру.

Метод исключает необходимость промежуточных этапов очистки, позволяя проводить высокопроизводительный скрининг прямо в планшетах для синтеза, сочетая синтез и скрининг тысяч пептидов для выявления кандидатов с высоким сродством к конкретным мишеням заболевания — в данном случае, к тромбину.

С помощью этого метода аспирант Мануэль Мерц, возглавляющий проект, смог создать обширную библиотеку из 8 448 циклических пептидов со средней молекулярной массой около 650 дальтон (Da), что лишь немного превышает максимальный предел в 500 Da, рекомендованный для перорально доступных малых молекул.

Циклические пептиды также показали высокое сродство к тромбину.

При тестировании на крысах пептиды показали пероральную биодоступность до 18%, что означает, что при пероральном приеме циклического пептидного препарата 18% его успешно попадает в кровоток и оказывает терапевтическое действие. Учитывая, что биодоступность циклических пептидов при пероральном приеме обычно составляет менее 2%, увеличение этого показателя до 18% является значительным прогрессом для препаратов категории биопрепаратов, к которым относятся и пептиды.

Установление целей

Обеспечив пероральную доступность циклических пептидов, команда открыла возможности для лечения целого ряда заболеваний, которые было сложно лечить с помощью обычных пероральных препаратов. Универсальность метода означает, что он может быть адаптирован для воздействия на широкий спектр белков, что может привести к прорыву в тех областях, где медицинские потребности в настоящее время не удовлетворены.

Для применения метода к более сложным мишеням заболеваний, таким как белок-белковые взаимодействия, вероятно, потребуется синтезировать и изучить более крупные библиотеки, — говорит Мануэль Мерц.

Благодаря автоматизации дальнейших этапов метода, библиотеки, содержащие более миллиона молекул, кажутся вполне достижимыми.

На следующем этапе проекта исследователи нацелятся на несколько внутриклеточных мишеней белок-белкового взаимодействия, для которых было сложно разработать ингибиторы на основе классических малых молекул. Они уверены, что по крайней мере для некоторых из них могут быть разработаны перорально применимые циклические пептиды.

Автор иллюстрации: Christian Heinis/EPFL

28.12.2023