Diversificazione degli scaffold macrociclici mediante l'aggiunta combinatoria di frammenti a gruppi periferici. un Principio generale dell'approccio. b Immagine di una gocciolina da 80 nL trasferita da ADE, mostrata in una piastra da 96 pozzetti e accanto a una gocciolina da 4 μL per la scala. Le goccioline contengono fluoresceina per la visualizzazione mediante luce UV. L'aggiunta del target e del reagente del test alle reazioni del macrociclo da 80 nL diluisce il solvente organico allo 0,4%, che è compatibile con i saggi biologici. c Modello di scaffold del macrociclo 1 contenente un'ammina primaria periferica (blu) che viene modificata dall'acilazione. d Reazione del macrociclo modello 1 con gli acidi indicati 1–8, quantificata mediante HPLC (assorbanza e/o conteggio ionico). Il primo numero indica la conversione a 4 µL di volume tramite pipettaggio con DIPEA. Il secondo e il terzo numero indicano la conversione a 80 nL tramite trasferimento di liquido acustico con DIPEA e DABCO, rispettivamente. e Scaffold non peptidici selezionati casualmente contenenti gruppi amminici meno accessibili (in blu). Credito:Comunicazioni sulla natura (2022). DOI:10.1038/s41467-022-31428-8
Gli scienziati dell'EPFL hanno trovato un modo per sintetizzare un gran numero di composti macrociclici, necessari per lo sviluppo di farmaci contro bersagli di malattie difficili.
Quando le aziende farmaceutiche iniziano a cercare un farmaco candidato, utilizzano un processo di filtraggio noto come "screening ad alto rendimento". Qui, viene testato un gran numero di diversi composti chimici per vedere quale si legherà a una proteina che è l'obiettivo della malattia che vogliono affrontare.
Le aziende farmaceutiche hanno in realtà librerie di 1-2 milioni di composti "a piccole molecole" raccolti nel corso degli anni. Ma in molti casi, lo screening dei classici composti a piccole molecole non può identificare i farmaci candidati semplicemente perché non contengono un composto che si leghi sufficientemente forte al bersaglio.
Una soluzione è stata trovata nei "macrocicli", una classe emergente di molecole che si sono rivelate ideali per legare obiettivi difficili come proteine con superfici piatte o anche proteine legate ad altre proteine. Il problema è che le attuali librerie di macrocicli contengono solo meno di 10.000 composti, il che limita la possibilità di trovare farmaci candidati in grado di legare un determinato target di malattia.
Ma un gruppo di chimici dell'EPFL ha ora trovato un modo per generare un gran numero di macrocicli, che possono aumentare significativamente le dimensioni delle biblioteche disponibili. La svolta, pubblicata su Nature Communications , è il lavoro del gruppo del professor Christian Heinis presso la School of Basic Sciences dell'EPFL.
"Il nostro approccio si basa sulla combinazione di un gran numero di 'm' di diversi scaffold macrociclici con una miriade di 'n' frammenti chimici per generare 'm × n' diversi composti macrociclici", afferma Heinis. "Ad esempio, abbiamo generato una libreria di 19.968 macrocicli facendo reagire 192 scaffold di macrocicli con 104 frammenti di acido carbossilico."
Con l'aiuto della struttura di screening biomolecolare dell'EPFL, gli scienziati hanno eseguito le reazioni in piccoli volumi di 40 nanolitri e trasferendo i reagenti utilizzando onde acustiche, il che è estremamente veloce. Attraverso la miniaturizzazione e l'alta velocità, la libreria di 19.968 composti macrociclici è stata messa insieme in appena mezza giornata.
Per testare il metodo, il dottorato di ricerca. Lo studente a capo del progetto, Sevan Habeshian, lo ha utilizzato per sviluppare inibitori nanomolari contro la trombina e l'interazione proteina-proteina MDM2:p53, che sono bersagli farmacologici per ictus e cancro.
Lavorando con scienziati delle università di Padova e Venezia, il team ha ottenuto una struttura a raggi X dell'inibitore della trombina mentre legava la proteina. "L'analisi strutturale ha convalidato l'approccio di screening dei composti contenenti nuclei macrociclici e frammenti chimici collegati lateralmente", afferma Habeshian.
"Attualmente stiamo applicando l'approccio per lo sviluppo di composti macrociclici a una serie di bersagli di malattie per i quali le aziende farmaceutiche stanno lottando per generare farmaci basati su piccole molecole classiche", afferma Heinis. "Date le piccole dimensioni e la limitata superficie polare dei composti macrociclici, hanno un'alta probabilità di passare attraverso le membrane cellulari, il che significa che possono essere utilizzati per sviluppare farmaci per bersagli intracellulari o anche farmaci che vengono assunti per via orale". + Esplora ulteriormente
