Быстрый синтез пептидов ускорит разработку лекарственных препаратов

Небольшие фрагменты белков – пептиды – перспективны в качестве лекарственных средств, так как они способны выполнять различные узконаправленные функции внутри живых клеток. Инсулин и применяемый для лечения СПИДа препарат Фузеон – одни из самых ранних успешных примеров пептидных препаратов, и, как ожидается, к 2018 году их рынок достигнет 25 миллиардов долларов.

Однако полной реализации потенциала этой группы препаратов препятствует, главным образом, скорость синтеза пептидов: их получение занимает несколько недель, что делает сложной задачей получать их в больших количествах и быстро проверять их эффективность.

Однако теперь это узкое место может скоро исчезнуть: команда химиков и инженеров-химиков из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) разработала способ производства пептидов за считанные часы. По мнению руководителя исследовательской группы доцента кафедры химии MIT Брэдли Пентелута (Bradley Pentelute), новая система, описанная в недавнем выпуске журнала ChemBioChem, может оказать существенное влияние на разработку пептидных препаратов.

«Пептиды вездесущи. Они применяются в терапии, они присутствуют в гидрогелях и используются для контроля над доставкой лекарств. Кроме того, они используются в качестве биологических зондов для визуализации рака и изучения внутриклеточных процессов», – поясняет профессор Пентелут. «Поскольку теперь их можно получать очень быстро, мы сможем начать делать то, чего не могли делать раньше».

Терапевтические пептиды обычно представляют собой цепочки из 30–40 аминокислот, строительных блоков белков. Многие университеты, в том числе и MIT, располагают различным оборудованием для производства таких пептидов, но с помощью устройств, разработанных около 20 лет назад, этот процесс, как правило, занимает от двух до шести недель. Такому оборудованию требуется около часа, чтобы провести химические реакции, необходимые для добавления к цепочке одной аминокислоты.

Чтобы ускорить процесс, ученые из MIT адаптировали реакции синтеза таким образом, чтобы они могли проходить в поточной системе. При использовании этого подхода добавление одной аминокислоты занимает всего несколько минут, и весь пептид может быть собран чуть более чем за час.

«В будущих версиях, мы думаем, нам удастся проводить каждый шаг примерно за 30 секунд», – говорит Пентелут. «Это означает, что мы действительно сможем сделать все, что угодно, за короткий период времени».

Новая система имеет емкости для хранения каждой из 20 природных аминокислот, соединенные с насосами, позволяющими подавать нужную аминокислоту. Поступая в камеру, в которой происходит реакция, аминокислоты проходят через катушку, где они предварительно нагреваются до 60 градусов по Цельсию, что позволяет ускорить реакцию синтеза.

Новая система производит пептиды той же чистоты, что и существующее оборудование.

«Мы находимся на одном уровне с самым современным синтезом, но теперь мы можем делать это гораздо быстрее», – продолжает Пентелут.

1_361.jpg Химики из MIT разработали способ быстрой сборки аминокислот во фрагменты белков – пептиды.
(Рис. Alexander Vinogradov)

По мнению Филиппа Доусона (Philip Dawson), адъюнкт-профессора химии Исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute), не входившего в состав исследовательской группы, разработанная в MIT система должна облегчить разработку и производство новых пептидов.

«Что мне в ней нравится, это простота устройства и продуманность, с которой все связано воедино», – комментирует профессор Доусон. «Я с нетерпением жду возможности испытать ее в моей лаборатории».

С помощью этой технологии ученые смогут разрабатывать и быстро тестировать новые пептиды для лечения рака и других заболеваний, а также создавать более эффективные варианты существующих пептидов, таких как инсулин, продолжает Пентелут. Еще одним преимуществом этого высокоскоростного подхода является то, что любые потенциальные проблемы с синтезом того или иного пептида могут быть обнаружены гораздо раньше, что позволит исследователям тотчас же решить их.

Еще одна область, которой планирует заняться Пентелут, – это создание так называемых «зеркальных» белков. Почти все существующие в природе белки состоят L-аминокислот и являются правовращающими. Создание и изучение пептидов, являющихся зеркальным отображением природных белков, может проложить путь к разработке таких пептидов в качестве новых лекарственных препаратов с функциями, совершенно отличными от свойств правовращающих вариантов.

В отдельной статье, опубликованной в том же номере ChemBioChem, исследователи продемонстрировали, что их технологию можно использовать не только для синтеза пептидов, но и для их объединения в большие синтетические белки. Для демонстрации этой возможности они создали аналог антитела из 130 аминокислот, а также 113-аминокислотный фермент, вырабатываемый бактериями.

Исследователи запатентовали свою технологию, и Центр технологических инноваций Дешпанде (Deshpande Center for Technological Innovatio) Массачусетского технологического института предоставил им грант, чтобы помочь в ее коммерциализации. По мнению Пентелута, порядка 10 устройств, работающих на новой технологии, будет достаточно, чтобы удовлетворить текущий спрос, составляющий от 100 000 до 500 000 оригинальных пептидов в год.

Профессор Пентелут предполагает, что эта технология может оказать влияние на развитие синтетической биологии. Ее можно сравнить с быстрым синтезом коротких цепочек ДНК и РНК. Эти цепочки – олигонуклеотиды, – получение которых занимает всего один-два дня, могут быть использованы для создания генов, дающих клеткам новые функции.

«Это и является нашей целью – доставлять такие пептидные единицы в любую точку мира в течение одного-двух дней. Это просто мечта», – подводит итог ученый.

Оригинальные статьи

Rapid Flow-Based Peptide Synthesis

Rapid Total Synthesis of DARPin pE59 and Barnase

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (4 votes)
Источник(и):

http://web.mit.edu/…lopment.html