Forskere finder, at simpelt kobberkompleks lukker ned for botulinum-neurotoksinforgiftning

Botulinum neurotoxin er nok bedst kendt af amerikanere som BOTOX, en kosmetisk medicin, snarere end som en årsag til potentielt farlige fødevarebårne sygdomme. Mindre kendt er, at Clostridium botulinum, bakterien, der forårsager neurointoksikationen, producerer et af de mest potente toksiner på jorden og er klassificeret som en potentiel bioterrortrussel.

Selvom der ikke findes nogen kur - og botulismebehandlingsmulighederne er begrænsede - kan en serendipitøs opdagelse af forskere ved The Scripps Research Institute (TSRI) give en ny terapi, der kan stoppe neurotoksinet selv i dets mere alvorlige, avancerede handlingsstadier. Fundet, baseret på undersøgelser af gnavere, blev offentliggjort for nylig i Journal of the American Chemical Society .

Ledende videnskabsmand Kim Janda, Ely R. Callaway, Jr. professor i kemi ved TSRI, sagde, at han besluttede at undersøge botulisme neurotoksin på grund af dets invaliderende og livstruende virkninger, såvel som dens fare som et potentielt bioterrorismemiddel. "Det er på samme niveau som miltbrand, Pest, Ebola og andre kategori A prioriterede patogener, " sagde Janda, med henvisning til Centers for Disease Control and Preventions (CDC) liste over biologiske agenser af størst bekymring. "Alligevel er der intet, selv i fase I kliniske forsøg."

Botulisme er en sjælden, men alvorlig lidelse, der angriber kroppens evne til at signalere til muskler. Symptomerne omfatter sløret syn, utydelig tale, muskelsvaghed og synkebesvær. Det kan føre til lammelser i hele kroppen, og endda død ved at påvirke patientens evne til at trække vejret. Ifølge CDC, botulisme overføres primært gennem mad eller sår inficeret af botulismebakterier, som lever i miljøet. I ekstremt små doser, botulismetoksinet injiceres til medicinske formål, for at lindre spasticitet, og som en kosmetisk rynkebehandling.

For at opdage potentielle hæmmere af toksinet, Janda og hans forskerhold screenede triazolforbindelser mod botulinum neurotoksin lette kæde, et proteolytisk enzym, der forstyrrer neuronal signalering til muskler. Triazolerne blev syntetiseret ved hjælp af klikkemi - en metode udviklet af TSRI-professor og nobelpristager K. Barry Sharpless i midten af ​​1990'erne. Paul Bremer, en kandidatstuderende, der arbejder i Jandas laboratorium og undersøgelsens første forfatter, sagde, at de ramte en triazolforbindelse leveret af Sharpless's laboratorium, der så ud til kraftigt at hæmme toksinets lette kæde i et enzymatisk assay.

Yderligere test afslørede en overraskelse. "Vi havde fundet, hvad vi troede var aktive klikforbindelser, men egentlig var de kun aktive på grund af kobberet, "Sagde Bremer. Kobber bruges som katalysator til at udføre klikkemi, og spormængder forventes ikke at vise aktivitet i en bioassay, forklarede han. "Ved yderligere eksperimenter, det kom som en komplet overraskelse, at kobber var ret kraftigt hæmmende for enzymet."

Forskerne var ved et uheld landet på en potentiel ny terapi for type A af neurotoksinet, den mest almindelige og dødelige årsag til menneskelig botulisme, ved hjælp af kobberchlorid, en billig, let tilgængeligt metalsalt som den aktive bestanddel.

Næste, forskerne designet molekyler kaldet ligander til at fungere som transportmidler for kobber til neuronceller, et væsentligt skridt i at oversætte den terapeutiske virkning af kobber til biologiske systemer. TSRI-holdet sendte derefter deres ligand-kobber-komplekser til deres studiesamarbejdspartnere ved University of Wisconsin-Madison, der administrerede det til mus. Sammensætningen forlængede dyrenes liv, selv når de fik dødelige doser af toksinet.

Forskerne sagde, at yderligere dyreforsøg er nødvendige for at bestemme optimal dosis, doseringsfrekvens og andre faktorer. Janda sagde, at kliniske forsøg for at bevise effektivitet ikke kan udføres hos mennesker på grund af botulinum neurotoksicitetsfarer. Imidlertid, kobberkompleksets sikkerhed kan valideres gennem flere andre kliniske forsøg, der allerede er i gang til forskellige anvendelser, han tilføjede.

Hvis det viser sig at være sikkert, Bremer sagde, at kobberterapien kunne give en mere effektiv terapi end eksisterende tilgange til botulisme. I øjeblikket, patienter med botulisme får en anti-toksin medicin, der kan inaktivere toksinet, der cirkulerer i deres system, derved forhindre yderligere forgiftning. Imidlertid, anti-toksinet kan ikke vende allerede eksisterende lammelse, fordi toksinet virker inde i celler. Følgelig, genopretning af sygdommen kan være langsom, og lammelser kan tage uger eller måneder at aftage.

"Anti-toksinet er antistofbaseret, hvilket betyder, at det kun virker uden for cellerne, " sagde Janda. "Denne nye terapi kan let trænge ind i celler, hvor den kan angribe det ætiologiske middel, en protease, som er ansvarlig for lammelse set fra neurotoksinet."

Forskerne bemærkede også, at undersøgelsen yderligere viser behovet for at udforske metaller til terapeutisk brug. Metaller er ikke almindeligt anvendt i lægemiddeldesign på grund af bekymringer om toksicitet og specifik målretning sammenlignet med organiske forbindelser. Imidlertid, der findes allerede flere metalbaserede behandlinger. For eksempel, guld bruges i terapier for visse kræftformer og leddegigt, mens andre metalbaserede behandlinger i øjeblikket er i kliniske forsøg.

"Det er en slags undervurderede lægemidler, " sagde Bremer. "Vores arbejde viser behovet for at udforske deres potentiale yderligere."