Новая техника показывает в деталях, где молекулы лекарств связываются с мишенями в организме

Ученые из Scripps Research разработали метод визуализации связывания лекарств с мишенями в различных тканях с беспрецедентной точностью. Новая методика может стать рутинным инструментом в разработке лекарств.

Метод, названный CATCH, описанный в статье в Cell от 27 апреля 2022 года, включает присоединение флуоресцентных меток к молекулам лекарств и использование химических методов для усиления сигнала. Исследователи продемонстрировали метод на нескольких экспериментальных препаратах, показав, где — даже внутри отдельных клеток — молекулы лекарств связываются с мишенями.

«Впервые этот метод позволит нам относительно легко увидеть, почему один препарат более эффективен, чем другой, или почему у одного есть определенный побочный эффект, а у другого — нет», — говорит старший автор исследования Ли Е, Ph.D.

Метод CATCH включает встраивание в молекулы лекарств небольших химических «ручек». Эти «ручки» не реагируют с другими веществами в организме, но позволяют добавить флуоресцентные метки после связывания лекарства с мишенью. Поскольку ткани человека или животного рассеивают свет от меток, команда Е совместила мечение с техникой, делающей ткани относительно прозрачными.

В этом первоначальном исследовании метод был оптимизирован и оценен для «ковалентных лекарств», которые необратимо связываются с мишенями прочными ковалентными связями. Такая необратимость делает особенно важной проверку точного попадания в цель.

Ученые сначала оценили несколько ковалентных ингибиторов фермента мозга — амидгидролазы жирных кислот (FAAH). Ингибиторы FAAH повышают уровень каннабиноидных молекул, включая «молекулу блаженства» анандамид, и исследуются как средства для лечения боли и расстройств настроения. Исследователи смогли визуализировать на уровне отдельных клеток, где эти ингибиторы связываются с мишенями в больших объемах ткани мозга мыши, и легко различить их разные паттерны взаимодействия с мишенью.

В одном эксперименте они показали, что экспериментальный ингибитор FAAH BIA-10-2474, вызвавший один смертельный случай и несколько травм во время клинического испытания во Франции в 2016 году, связывается с неизвестными мишенями в среднем мозге мышей даже при отсутствии у них фермента FAAH — что дает ключ к разгадке источника токсичности этого ингибитора.

В других тестах ученые показали, что можно совмещать визуализацию связывания лекарств с отдельными методами флуоресцентного мечения для определения типов клеток, с которыми связывается препарат. Они также могли различать места связывания в разных частях нейронов и видеть, как даже умеренно разные дозы препарата зачастую резко влияют на степень связывания с мишенью в разных областях мозга.

Исследование является лишь доказательством принципа. Е и его команда планируют развивать метод CATCH для работы с более толстыми образцами тканей, вплоть до целых мышей, и адаптировать его для более распространенных нековалентных лекарств и химических зондов. Метод рассматривается как базовый инструмент не только для открытия лекарств, но и для фундаментальной биологии.

Соавторами статьи «In situ Identification of Cellular Drug Targets in Mammalian Tissue» выступили Zhengyuan Pang, Michael Schafroth, Daisuke Ogasawara, Yu Wang, Victoria Nudell, Neeraj Lal, Dong Yang, Kristina Wang, Dylan Herbst, Jacquelyn Ha, Carlos Guijas, Jacqueline Blankman, Benjamin Cravatt и Li Ye — все из Scripps Research на момент исследования.