Per decenni, un numero considerevole di proteine, vitali per il trattamento di varie malattie, sono rimaste sfuggenti alla terapia farmacologica orale. Le piccole molecole tradizionali spesso hanno difficoltà a legarsi alle proteine con superfici piatte o richiedono specificità per particolari omologhi proteici. In genere, i farmaci biologici più grandi in grado di colpire queste proteine richiedono l'iniezione, limitando la comodità e l'accessibilità per il paziente.
In un nuovo studio pubblicato su Nature Chemical Biology Gli scienziati del laboratorio del professor Christian Heinis presso l'EPFL hanno raggiunto una pietra miliare significativa nello sviluppo dei farmaci. La loro ricerca apre le porte a una nuova classe di farmaci disponibili per via orale, affrontando una sfida di lunga data nel settore farmaceutico.
"Ci sono molte malattie per le quali sono stati identificati i bersagli, ma non è stato possibile sviluppare farmaci che li leghino e li raggiungano", afferma Heinis. "La maggior parte di essi sono tipi di cancro e molti bersagli di questi tumori sono interazioni proteina-proteina che sono importanti per la crescita del tumore ma che non possono essere inibite."
Lo studio si è concentrato sui peptidi ciclici, molecole versatili note per la loro elevata affinità e specificità nel legare obiettivi patologici impegnativi. Allo stesso tempo, lo sviluppo di peptidi ciclici come farmaci orali si è rivelato difficile perché vengono rapidamente digeriti o scarsamente assorbiti dal tratto gastrointestinale.
"I peptidi ciclici sono di grande interesse per lo sviluppo di farmaci poiché queste molecole possono legarsi a bersagli difficili per i quali è stato difficile generare farmaci utilizzando metodi consolidati", afferma Heinis. "Ma i peptidi ciclici di solito non possono essere somministrati per via orale, sotto forma di pillola, il che limita enormemente la loro applicazione."
Il gruppo di ricerca ha preso di mira l'enzima trombina, che è un bersaglio critico per le malattie a causa del suo ruolo centrale nella coagulazione del sangue; la regolazione della trombina è fondamentale per prevenire e trattare i disturbi trombotici come ictus e infarti.
Per generare peptidi ciclici in grado di colpire la trombina e che siano sufficientemente stabili, gli scienziati hanno sviluppato una strategia di sintesi combinatoria in due fasi per sintetizzare una vasta libreria di peptidi ciclici con legami tioeterici, che migliorano la loro stabilità metabolica se assunti per via orale.
"Ora siamo riusciti a generare peptidi ciclici che si legano a un bersaglio patologico di nostra scelta e possono anche essere somministrati per via orale", afferma Heinis. "A tal fine, abbiamo sviluppato un nuovo metodo in cui migliaia di piccoli peptidi ciclici con sequenze casuali vengono sintetizzati chimicamente su scala nanometrica ed esaminati in un processo ad alto rendimento."
Il nuovo metodo prevede due fasi e si svolge nello stesso contenitore reattivo, una caratteristica che i chimici chiamano "one pot".
Il primo passo è sintetizzare peptidi lineari, che poi subiscono un processo chimico per formare una struttura ad anello:in termini tecnici, vengono "ciclizzati". Questo viene fatto utilizzando "linker bis-elettrofili", composti chimici utilizzati per collegare insieme due gruppi molecolari, per formare legami tioeteri stabili.
Nella seconda fase, i peptidi ciclizzati subiscono l'acilazione, un processo che lega ad essi acidi carbossilici, diversificando ulteriormente la loro struttura molecolare.
La tecnica elimina la necessità di fasi intermedie di purificazione, consentendo uno screening ad alto rendimento direttamente nelle piastre di sintesi, combinando la sintesi e lo screening di migliaia di peptidi per identificare i candidati con elevata affinità per specifici bersagli della malattia, in questo caso la trombina.
Utilizzando il metodo, il Ph.D. Lo studente alla guida del progetto, Manuel Merz, è stato in grado di generare una libreria completa di 8.448 peptidi ciclici con una massa molecolare media di circa 650 Dalton (Da), solo leggermente al di sopra del limite massimo di 500 Da raccomandato per le piccole molecole disponibili per via orale. /P>
I peptidi ciclici hanno mostrato anche un'elevata affinità per la trombina.
Quando testati sui ratti, i peptidi hanno mostrato una biodisponibilità orale fino al 18%, il che significa che quando il farmaco peptidico ciclico viene assunto per via orale, il 18% di esso entra con successo nel flusso sanguigno e ha un effetto terapeutico. Considerando che i peptidi ciclici somministrati per via orale generalmente mostrano una biodisponibilità inferiore al 2%, aumentare tale numero al 18% rappresenta un progresso sostanziale per i farmaci nella categoria dei farmaci biologici, che include i peptidi.
Consentendo la disponibilità orale di peptidi ciclici, il team ha aperto nuove possibilità per il trattamento di una serie di malattie che erano difficili da affrontare con i farmaci orali convenzionali. La versatilità del metodo significa che può essere adattato per colpire un'ampia gamma di proteine, portando potenzialmente a scoperte rivoluzionarie in aree in cui le esigenze mediche non sono attualmente soddisfatte.
"Per applicare il metodo a bersagli patologici più impegnativi, come le interazioni proteina-proteina, sarà probabilmente necessario sintetizzare e studiare librerie più grandi", afferma Manuel Merz. "Automatizzando le fasi successive dei metodi, sembra che le librerie con più di un milione di molecole siano a portata di mano."
Nella fase successiva di questo progetto, i ricercatori prenderanno di mira diversi bersagli di interazione proteina-proteina intracellulare per i quali è stato difficile sviluppare inibitori basati su piccole molecole classiche. Sono fiduciosi che si possano sviluppare peptidi ciclici applicabili per via orale almeno per alcuni di essi.
Ulteriori informazioni: Alexander L. Nielsen, Sviluppo de novo di piccoli peptidi ciclici biodisponibili per via orale, Nature Chemical Biology (2023). DOI:10.1038/s41589-023-01496-y
Informazioni sul giornale: Natura Biologia Chimica
Fornito da Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
