Новый метод ускоряет разработку белковых терапевтических средств
Гликирование — присоединение сахаров к белкам — играет ключевую роль как в клеточной функции, так и в разработке терапевтических средств, например, вакцин.
Однако исторически этот процесс был долгим и требовал специализированного оборудования, поскольку исследователи использовали клетки млекопитающих для создания биосинтетических путей (наборов ферментов-катализаторов) для сборки и изучения этих сахарных структур.
Исследователи из Северо-Западного университета разработали быструю бесклеточную систему для построения и изучения этих путей. Система под названием GlycoPRIME может привести к ускоренной разработке терапевтических средств и новому, модульному способу производства лекарств по требованию в условиях ограниченных ресурсов.
"Это захватывающий новый метод, который ускоряет проектирование и конструирование потенциальных лекарств и вакцин с использованием гликирования", — говорит руководитель исследования Майкл Джуитт.
Результаты были опубликованы 27 ноября в журнале Nature Communications.
Новый подход к открытию путей гликирования
Гликирование важно для разработки белковых лекарств, к которым относятся как противораковые препараты вроде Герцептина, так и вакцины против гриппа и столбняка. Сахарные структуры обеспечивают стабильность этих белков и позволяют им выполнять задачи, например, атаковать раковую клетку или перепрограммировать иммунную систему.
Разработка таких лекарств обычно требовала многих лет и лаборатории с высокоспециализированным оборудованием для выращивания клеток млекопитающих. Эти клетки естественным образом производят гликозилированные белки, но они медленно растут и с ними трудно работать, что ограничивает количество и разнообразие гликозилированных структур, которые можно создать и протестировать.
Лаборатория Джуитта разработала бесклеточные системы для создания ферментов, необходимых для производства определённых белков. Однако до сих пор эти процессы не могли создавать гликозилированные продукты без необходимости перепрограммирования живых клеток.
Аспирант Уэстон Китлингер разработал новый подход для сборки, тестирования и оценки наборов ферментов, которые могут модульно создавать сахара для белковых терапевтических средств. Процесс включает производство, а затем смешивание и подбор ферментов в пробирках, чтобы обнаружить и понять, какие ферменты нужны для построения желаемых сахарных структур.
"Мы работаем с пипетками, а не перестраиваем клетки. Таким образом, можно перейти от ДНК к гликопротеину за несколько часов, а не недель", — объясняет Китлингер.
Всего за несколько месяцев с помощью этой системы было сконструировано 37 путей, создающих 23 уникальные сахарные структуры, 18 из которых никогда ранее не синтезировались на белках.
"Теперь мы можем смешивать и сочетать компоненты для построения биосинтетических путей на порядок быстрее, чем это делалось традиционно. Мечта — создавать новые, не существующие в природе гликопротеины, которые можно было бы производить по требованию для разработки новых типов белковых лекарств", — говорит Джуитт.
Новый метод для разработки терапевтических средств и вакцин
Исследователи использовали этот процесс для разработки:
- Кандидата в белковые вакцины, модифицированного сахарной структурой, способной активировать иммунную систему.
- Терапевтического фрагмента антитела с сахаром, который может стабилизировать белки при циркуляции в организме.
Будущие работы будут использовать другие пути, разработанные в этой статье, для создания гликозилированных белковых вакцин и терапевтических средств, способных нацеливаться на определённые области в организме. Система также может быть использована для создания модульных платформ биопроизводства по требованию, обеспечивающих лекарствами или вакцинами в условиях ограниченных ресурсов.
"Поскольку эта система настолько надёжна и проста, она может рассказать нам больше о том, как на самом деле работают эти сахарные структуры. Это позволит нам оптимизировать их и лучше понять, какие из этих структур стоит развивать", — заключает Китлингер.