Smertedræber:Undersøgelse finder alvorlige problemer med populært værktøj til screening af lægemidler

Et udbredt screeningsværktøj, der blev implementeret i de tidlige faser af lægemiddelopdagelsen for at luge uønskede forbindelser ud, er forkert, så ofte kan det ikke stole på alene, ifølge videnskabsmænd ved University of North Carolina ved Chapel Hill.

PAINS – eller pan-assay interferensforbindelser – er en fremtrædende kilde til falske positiver i lægemiddelopdagelsesprocessen. PAINS er biologisk aktive forbindelser, der udgiver sig som potentielle lægemiddelkandidater under den indledende højvolumenscreening, der bruges til at søge efter mulige nye lægemidler. PAINS virker ved at forstyrre den analyseteknologi, der bruges i screeningen for at rapportere biologisk aktivitet, men de er ikke aktive mod det tilsigtede biologiske mål.

For syv år siden, et hold videnskabsmænd identificerede et sæt molekylære fingeraftryk, som de sagde kunne bruges til at identificere PAINS-forbindelser. De fandt 480 molekylære fragmenter, som de kaldte PAINS-alarmer. Tilstedeværelsen af ​​en PAINS-alarm i en forbindelse betød, at forbindelsen var en PAIN. Farmaceutiske forskere var taknemmelige for endelig at have et letanvendeligt værktøj til at filtrere SMERTER ud af lægemiddelopdagelsesprocessen. Ikke så hurtigt, siger Alex Tropsha, Ph.D., K.H. Lee Distinguished Professor ved UNC Eshelman School of Pharmacy.

Hans hold, ledet af kandidatstuderende Stephen Capuzzi, kiggede grundigt på, hvordan 480 PAINS-advarslerne blev udviklet. De fandt ud af, at 328 af advarslerne - næsten 70 procent - blev oprettet fra kun fire eller færre forbindelser hver. Der bør ikke drages nogen holdbare konklusioner ud fra så små prøver, sagde Capuzzi.

"I nogle tilfælde, kun en forbindelse med en bestemt understruktur udviste dårlig opførsel, og så blev der oprettet en alarm. I PAINS-screeningsværktøjet, denne advarsel bliver anvendt på alt med en lignende struktur, " sagde Capuzzi. "Det er ligesom en, der blev bidt af en hund ved navn Fido, der antager, at hver hund ved navn Fido er farlig."

UNC-Chapel Hill-forskerne analyserede tusindvis af forbindelser, der er blevet testet i hundredvis af eksperimenter og viste, at størstedelen af ​​de forbindelser, der er markeret med PAINS-advarsler, ikke udviser nogen tendens til at interferere med lægemiddelkandidat-screeningsteknologi og kan faktisk være konsekvent inaktive på trods af omfattende afprøvning.

"SMERTER er ægte, og de er et reelt problem for medicinske kemikere, som måske screener titusindvis af stoffer om dagen på udkig efter en lægemiddelkandidat, " sagde Tropsha. "Men, PAINS-alarmer markerer et stort antal gode forbindelser som PAINS. Vi fandt også ud af, at tilstedeværelsen af ​​PAINS-advarsler, mod forventning, afspejlede ikke nogen øget aktivitet under analyseprocessen."

Når man udfordrer en populær idé som PAINS-advarsler, UNC-Chapel Hill-forskerne skulle være sikre på, at de havde ret i at sige, at systemet er kritisk fejlbehæftet, så de testede deres idé grundigt.

Først, de analyserede tusindvis af forbindelser i en offentligt tilgængelig database over grundigt testede kemikalier og viste, at mange forbindelser, der besidder PAINS-understrukturer, faktisk ikke ser ud til at interferere med lægemiddelscreeningsteknologi.

Næste, holdet anvendte PAINS-filtre på en gruppe kemiske forbindelser kendt som mørkt kemisk stof. Forbindelserne i denne gruppe er alle blevet testet mere end 100 gange hver uden at have vist nogen biologisk aktivitet. De, Per definition, bør ikke indeholde nogen PAINS-advarsler, fordi PAINS er biologisk aktive, men UNC-holdet fandt 109 PAINS-alarmer til stede i 3, 570 mørke kemiske stofforbindelser gennemgået.

Endelig, UNC og andre forskere har også observeret, at 87 FDA-godkendte lægemidler, herunder 19 fra Verdenssundhedsorganisationens liste over essentielle lægemidler, indeholde PAINS-advarsler. Et eksempel er zidovudin, som bruges til at forebygge og behandle HIV/AIDS. Mellem 2008 og 2011 zidovudin blev ordineret over 1 million gange alene i USA.

Eltrombopag, en FDA-godkendt gennembrudsbehandling for trombocytopeni, eller lavt blodpladetal, indeholde PAINS-advarsler. Det samme gør Tadalafil, bedre kendt som Cialis, som har et årligt salg på over 2 milliarder dollars og er godkendt til at behandle både erektil dysfunktion og forstørret prostata.

"Folk har blindt brugt PAINS-alarmer, og hvis de fortsætter med det, mange tiltrængte stoffer bliver måske aldrig fundet, " sagde Tropsha. "Beregningsværktøjer kan hjælpe i triageprocessen for at finde nye lægemiddelforbindelser, men hvis de bruges uhensigtsmæssigt eller uden forsigtighed, de samme værktøjer kan forhindre fremtidige lægemidler i nogensinde at komme på markedet."

Tropshas gruppe fortsætter med at arbejde på beregningsmæssige tilgange, der pålideligt vil forudsige mulige lægemiddelkandidater, samtidig med at usandsynlige lægemiddelkandidater fjernes fra yderligere overvejelse. Deres undersøgelse blev offentliggjort i ACS Journal of Chemical Information and Modeling og blev valgt som en ACS Editors' Choice-artikel.