Hurtigere opdagelse af lægemidler for at ramme uhæmmelige mål

Medicin fremstillet af snoede proteinfragmenter kan give et nyt greb om svære at behandle sygdomme som kræft, men de er svære at designe. Men en ny teknik, udviklet ved University of Michigan, kunne ændre det.

Det kan udnytte bakterier til at producere milliarder af forskellige lægemiddelkandidater, der ikke falder fra hinanden hurtigt inde i kroppen.

Nogle avancerede kræftlægemidler retter sig mod kræftceller med immunmarkører, der låser sig på ydersiden af ​​kræftcellerne, for eksempel. Men disse immunmarkører er store, opererer mellem celler i stedet for inde i dem. For at forstyrre kræftceller indefra, medicinen skal være lille nok til at komme ind i cellen.

Imidlertid, almindelig medicin med små molekyler kan ikke ramme messenger-proteiner med glatte overflader. Der er brug for en ny type medicin.

"Det er et Guldlok-princip, " sagde Greg Thurber, U-M lektor i kemiteknik, der ledede arbejdet. "Medikamentet skal være lille nok til at komme ind i celler, men stort nok til at gribe ind i proteiner inde i celler, der ikke interagerer med almindelige småmolekylære lægemidler."

Protein fragmenter, kendt som peptider, kunne udfylde dette hul. De er små nok til at glide inde i celler, men komplekse nok til at binde med glatte proteiner.

Et eksempel på et "undrugbar" mål er MDM2, et protein, der sidestiller et andet protein kendt som "genomets vogter". Denne værge, kendt som p53, stopper celledeling, når genetiske mutationer opstår, købe tid til DNA-reparation. Det kan også sætte gang i selvdestruktion, hvis genomet er i dårlig form. Det er vores frontlinje kræftforsvar.

Imidlertid, kræftceller kæmper tilbage ved at overproducere p53's inhibitor, MDM2, som binder til p53 og forhindrer den i at udføre sit arbejde. Men hvis noget opsnapper MDM2, før den binder p53, kræftcellerne kan gøre alle en tjeneste og selvdestruere.

Dette er blot en af ​​de terapier, der kan være mulige med peptider. Og U-M-teamet har udviklet en måde at designe dem på. Den vigtigste innovation er, hvordan Thurbers team stabiliserede peptiderne, som er tilbøjelige til at falde fra hinanden i komplekse miljøer som den menneskelige krop.

"Peptidet er som en Slinky, men man binder led sammen, så det ikke strækker sig ud. Det er det, vi gør kemisk, " sagde Thurber.

Båndet gør det muligt at bygge forskellige lægemiddelkandidatpeptider med bakterier i modsætning til at bruge simplere organismer, såsom fager - som i det væsentlige er vira for bakterier. Fager laver kun fem peptider ad gangen, i stedet for de 10, 000 eller deromkring, som bakterier kan lave.

Peptiderne på bakterier er så rigelige, at forskerne kan se, hvor godt de virker lige på bakterien. I modsætning, fagmetoden kræver yderligere arbejdskrævende trin for at finde ud af, hvor godt peptider binder, og om de let falder fra hinanden.

Thurbers team brugte E. coli-bakterier til at bygge hundredvis af millioner af peptider med tilfældige variationer, leder efter den, der var bedst til at binde MDM2. Instruktionerne til peptiderne blev skrevet ind i ringe med genetisk kode, som forskerne smuttede ind i bakterierne, får bakterierne til at producere peptiderne på deres cellemembraner.

Slipsene blev lavet af syntetiske molekyler, som bakterierne byttede ind med en peptidbyggesten, som de ikke kunne producere. I modsætning til tidligere bånd inkorporeret i fag-byggede peptider, de syntetiske molekyler vil ikke binde sig til andre molekyler i og omkring bakterierne. Det er et eksempel på "klikkemi, " ryddelige enklaver i den rodede verden af ​​organisk kemi, hvor molekyler pålideligt reagerer sammen, men ellers er inerte.

"Problemet var, at reaktionen på at binde spolerne sammen dræbte bakterierne, " sagde Tejas Navaratna, en ph.d. studerende i kemiingeniør ved U-M og førsteforfatter på studiet i Journal of the American Chemical Society . "Vi brugte måneder på at prøve at optimere reaktionen, så bakterierne overlevede, men vi indså til sidst, at vi skulle udtrække det DNA, der kodede vores bedste peptider og tilføje det til friske, levende bakterier."

Hver bakterie producerede et andet peptid, gør det muligt for holdet at teste hundredvis af millioner af forskellige designs. For at finde ud af, om peptiderne virkede, forskerne blandede MDM2 – knyttet til fluorescerende molekyler – sammen med bakterierne. De celler, der lyste op, producerede et potentielt nyttigt lægemiddel.

Selvom denne teknik er særligt attraktiv til at finde nye kræftlægemidler, coiled peptider er under udforskning for at håndtere diabetes og HIV. Den største udfordring er at få peptiderne ind i cellerne, hvilket er et problem, som Thurbers team forfølger i øjeblikket.