Прорыв в пептидных таблетках открывает путь к новому лечению заболеваний

Пептидная терапия произвела революцию в лечении заболеваний, но ее характеристики обычно ограничиваются введением путем инъекции. Теперь исследователям удалось создать пероральный пептид, который может открыть новую эру в разработке лекарств.

Встречающиеся в природе пептиды, состоящие из коротких цепочек аминокислот, выполняют множество функций, в том числе действуют как гормоны, факторы роста и нейротрансмиттеры. Они также играют важную роль в фармацевтике. Пептидные терапевтические средства обычно имитируют свои естественные аналоги, чтобы обеспечить жизненно важное лечение. Инъекционный инсулин, используемый диабетиками, — лишь один из примеров.

Пептидная терапия имеет свои преимущества: высокую эффективность и селективность, а также хорошую эффективность, безопасность и переносимость. Однако при пероральном применении есть и недостатки. Большинство пептидных терапевтических средств представляют собой крупные молекулы, разлагаются в суровых условиях кишечника и чаще всего не могут проникать через клеточные мембраны, что требует их введения путем инъекции. Для сравнения, многие пероральные препараты представляют собой небольшие молекулы с простой химической структурой, поэтому они легко диффундируют через клеточные мембраны и достигают внутриклеточной цели, оказывая более предсказуемый терапевтический эффект.

Но в новом исследовании ученые из Швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) достигли важной вехи в разработке лекарств: создали новый пептид, который может решить проблемы, связанные с пероральным приемом.

«Существует множество заболеваний, для которых были определены цели, но лекарства, связывающие и достигающие их, разработать не удалось», — сказал Кристиан Хейнис, автор исследования. «Большинство из них являются типами рака, и многие мишени в этих видах рака представляют собой белок-белковые взаимодействия, которые важны для роста опухоли, но не могут быть ингибированы».

Кроме того, биологическая активность регулируется посредством белковых комплексов, обычно контролируемых посредством белок-белковых взаимодействий (PPI, protein-protein interactions). Исследования связали аберрантные PPI с различными заболеваниями, включая рак, инфекционные и нейродегенеративные заболевания. Поскольку классическими мишенями для лекарств обычно являются ферменты, ионные каналы или рецепторы, нацеливание на PPI является важной стратегией разработки новых лекарств.

Основываясь на своих предыдущих исследованиях по разработке «пептидной таблетки», команда EPFL обратила свое внимание на циклические пептиды, которые могут связываться со сложными мишенями для заболеваний с высокой аффинностью и специфичностью. Но, как и существующие пептидные препараты, они сталкиваются с теми же проблемами при пероральном применении.

«Циклические пептиды представляют большой интерес для разработки лекарств, поскольку эти молекулы могут связываться со сложными мишенями, для которых сложно создать лекарства с использованием традиционных методов», — сказал Кристиан Хейнис. «Но циклические пептиды обычно нельзя вводить перорально – в виде таблеток – что чрезвычайно ограничивает их применение».

Не испугавшись, исследователи разработали двухэтапную стратегию синтеза циклических пептидов, которые оставались бы стабильными при пероральном приеме.

Первым шагом был синтез линейных пептидов и их циклизация, в результате чего они образовали кольцевые химические структуры, связанные метаболически стабильной тиоэфирной связью (углерод-сера-углерод). Тиоэфиры присутствуют в некоторых аминокислотах и ​​могут быть созданы в лаборатории путем реакции тиола с основанием и электрофилом, молекулой или атомом с дефицитом электронов, который забирает электроны у другой молекулы, чтобы создать новую ковалентную связь.

На втором этапе циклизованные пептиды подверглись процессу ацилирования, в результате которого к ним присоединяются карбоновые кислоты, что еще больше разнообразит их молекулярную структуру.

Процесс происходил в одном и том же реакционном контейнере (так называемый синтез в одном реакторе), что устраняло необходимость в промежуточных стадиях очистки и позволяло проводить высокопроизводительный скрининг непосредственно в синтезаторных пластинах.

Исследователи нацелились на фермент тромбин, который является мишенью критического заболевания из-за его центральной роли в свертывании крови и, следовательно, в тромботических расстройствах, таких как инсульты и сердечные приступы. Используя метод «одного сосуда», они синтезировали обширную библиотеку из 8448 циклических пептидов со средней молекулярной массой около 650 дальтон (Da), что немного превышает пороговое значение в 500 Da, рекомендованное для перорально вводимых небольших молекул. Затем они проверили свою библиотеку пептидов на тромбин, являющийся мишенью заболевания.

Исследователи протестировали свои циклические пептиды, ингибирующие тромбин, на крысах. Они показали пероральную биодоступность до 18%, то есть 18% препарата попадало в кровоток и оказывало терапевтический эффект при пероральном применении.

Хотя это может показаться не особенно впечатляющим, надо иметь ввиду, что циклические пептиды, вводимые перорально, обычно демонстрируют биодоступность ниже 2%. Исследователи говорят, что это значительный прогресс для биологических препаратов, включая пептиды.

«Теперь нам удалось создать циклические пептиды, которые связываются с мишенью заболевания по нашему выбору, а также могут вводиться перорально», — сказал Кристиан Хейнис. «С этой целью мы разработали новый метод, в котором тысячи небольших циклических пептидов со случайными последовательностями химически синтезируются в наномасштабе и исследуются в высокопроизводительном процессе».

Результаты исследования открывают возможность лечения ряда заболеваний, которые до сих пор было сложно лечить с помощью пероральных препаратов. Универсальность метода синтеза в одном сосуде означает, что его можно адаптировать для воздействия на широкий спектр белков, что потенциально может привести к прорывам в областях, где медицинские потребности в настоящее время не удовлетворены.

«Чтобы применить этот метод к более сложным мишеням заболеваний, таким как белок-белковые взаимодействия, вероятно, потребуется синтезировать и изучить более крупные библиотеки», — сказал Мануэль Мерц, ведущий автор исследования. «Благодаря автоматизации дальнейших этапов методов, библиотеки, содержащие более миллиона молекул, кажутся доступными».

Следующим шагом исследователей станет выборка нескольких PPI. Они уверены, что смогут разработать пероральные циклические пептиды, по крайней мере, для некоторых из них.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemical Biology.