Сердечные препараты, возможно, будут лечить заболевания десен и аноректальные трещины, а средство от эндокринных проблем – ухаживать за кожей, подверженной атопическому дерматиту. Ученые Сеченовского Университета разрабатывают перспективное направление перепрофилирования лекарств: берут уже известные, проверенные на безопасность, молекулы и находят для них совершенно новые мишени в организме. Как в этом помогают квантово-математические расчеты, искусственный интеллект и полимерные матрицы — в нашем материале. 

Препараты, меняющие специальность

В Сеченовском Университете развивают перепрофилирование лекарств, то есть ищут возможность применить известные действующие вещества для лечения других болезней. «Это направление является одной из основных областей научных интересов. Мы работаем с уже известной фармацевтической субстанцией, находим для нее новую мишень. Например, выясняется, что лекарство, применяемое в кардиологии, активно и в отношении рецепторов, которые находятся в коже, а значит, оно может быть эффективно и в дерматологии», – пояснила старший научный сотрудник научно-исследовательского образовательного центра «Фарма-Премиум» Института фармации имени А. П. Нелюбина Сеченовского Университета Виктория Грих, отметив, что применять лекарство по новым показаниям можно только после клинических испытаний, регистрации и других обязательных процедур.

В Институте фармации имени А. П. Нелюбина Сеченовского

Университета сейчас изучают три препарата. Первый в настоящее время используют в кардиологии, а планируют применять в колопроктологии – для лечения аноректальных трещин и заживления ран после удаления геморроя. Другое лекарство, тоже “сердечное”, после изучения хотят предложить как спазмолитическое средство для лечения десен. А третье вещество, предназначенное для лечения эндокринных заболеваний, будут рекомендовать для лечения атопического дерматита.

Две мишени на одного

В Сеченовском Университете разработали свой подход в поиске новых полезных свойств лекарств, который включает в себя несколько этапов.  

Сначала ученые анализируют рецепторы – текущие и потенциальные мишени лекарства. «Рецепторы – это белковая молекула в клетке или на ее поверхности. Рецептор улавливает сигналы из внешней среды – соединяется, например, с гормоном, вирусом или тем же действующим веществом лекарства, – и, вследствие реакции запускает в клетке нужную работу, к примеру, рост, деление или выработку энергии», – пояснила стажер-исследователь кафедры аналитической, физической и коллоидной химии Института фармации им. А.П. Нелюбина Дарья Ткаченко.

Одно из лекарств, которое ученые выбрали для изучения, воздействует на белковые поры клеток сердца для нормализации сердцебиения. 

Но сердце – это не единственное место в организме, где есть подобные белковые структуры. Похожие поры находятся и, например, в аноректальной области. Поэтому ученые предположили, что молекула сердечного препарата будет оказывать терапевтический эффект и в этой области. «Получается, у нас есть две константы: лекарство, которое уже используется, и мишень, на которую оно воздействует с доказанной эффективностью. Мы ищем переменные — новые ткани или органы, где воздействие на эту мишень может дать терапевтический эффект», – сказала Дарья Ткаченко.

Как компьютерное моделирование предсказывает будущее лекарств

Имея гипотезу, ученые приступают к следующему этапу – проводят молекулярный докинг. Это направление развивают во всем мире, а ученые Сеченовского Университета впервые в России применили его для перепрофилирования лекарств. 

Докинг — это метод компьютерного моделирования, который позволяет предсказать, смогут ли связаться молекула лекарства и рецептор, а также оценить вероятную прочность связывания.

«В специальном программном обеспечении мы моделируем картину взаимодействия. И у крупного белка-рецептора, и у сравнительно маленькой молекулы лекарства есть свои пространственные координаты. С учетом системы координат, электрических полей молекул, ионных взаимодействий и других факторов программа оценивает энергию и наиболее вероятный вариант связывания вещества с его мишенью. Если энергия связывания слишком низкая, лекарство вряд ли прочно свяжется с мишенью и окажет эффект. Если же энергия достаточно высокая, вероятность эффективного взаимодействия велика, и можно переходить к следующему этапу исследований», — рассказала ученый.

Конечно, одного лишь математического расчета недостаточно, иначе каждый день выпускали бы десятки новых препаратов. Поэтому исследователи учитывают множество дополнительных факторов: анализируют уже применяемые в нужной области медицины лекарства, изучают физические и химические свойства выбранного вещества, оценивают его потенциальную биодоступность и другие параметры.

Полимеры диктуют свои правила

К тому же, может понадобиться поменять форму выпуска препарата – например, вместо таблеток и капсул сделать крем или гель. Так, сердечный препарат в виде таблетки удобен – действующее вещество сразу попадает в кровоток и начинает действовать. Но для аноректальной области такая форма не подходит. Поэтому исследователи создали гель с тем же действующим веществом, что и таблетки, но в более удобной форме.

На этом этапе, по словам Виктории Грих, тоже могут возникнуть определенные трудности. «Например, изначальная форма действующего вещества может быть плохо растворима в биологической среде, что затрудняет абсорбцию и биодоступность препарата в нужной области.  Для повышения растворимости вещества мы используем метод твердых дисперсий», – пояснила ученый.

Подход, который развивают на кафедре аналитической, физической и коллоидной химии Сеченовского Университета, заключается в том, что действующее вещество располагают в полимерной матрице. «Полимер– это вещество, состоящее большого количества повторяющихся звеньев – мономеров. Мы растворяем кристаллическое действующее вещество (можно сказать, что это гость) и полимер (он выполняет роль хозяина) в общем растворителе, который потом удаляем из системы. Действующее вещество в коллоидном состоянии равномерно распределяется в упорядоченной структуре полимера – гость подстраивается под правила хозяина дома. Малый размер действующего вещества и равномерность распределения в матрице полимера позволяет повышать растворимость вещества. После этого такое «прокачанное» действующее вещество можно добавить в основу – гель или крем», – рассказала Виктория Грих.

Например, исследователи сделали несколько вариантов основы для стоматологического геля. Благодаря добавлению различных полимеров за четыре часа из него высвобождалось в 1,5-2 раза больше лекарства, чем из обычного аптечного геля. “За счет этого для достижения того же лечебного эффекта было нужно  меньше препарата, а значит, и риск побочного действия снижался», – пояснила ученый.

Используют и еще одно свойство полимеров – за счет того, что сетка немного задерживает движение действующего вещества, можно добиться пролонгированного действия лекарства – оно будет высвобождаться и оказывать воздействие дольше.

«Все зависит от того, какой полимер выбрать. Если взять один, вещество проникнет через барьер, например, кожу за считанные минуты, а если другой – лекарство будет поступать скажем, в течение шести часов. Чтобы максимально замедлить процесс, можно использовать несколько полимеров, встраивая один в другой. А в зависимости от свойств конкретного полимера, можно сделать так, чтобы лекарство начало действовать лишь в определенных условиях, скажем, при конкретном значении pH», – пояснил студент 3-го курса бакалавриата “Биотехнология”, участвующий в исследовании, Ярослав Житнюк.

Стоматологический гель, созданный учеными на основе сердечного лекарства, сделали именно по этому принципу – использовали несколько полимеров, чтобы препарат начинал действовать, попав на слизистую, и оказывал лечебное воздействие как можно дольше. Таким образом твердые дисперсные системы способствуют контролируемой доставке действующего вещества.

Из лаборатории – к пациенту

Как отметили исследователи, преимущество использования ими подхода заключается в том, что само действующее вещество уже зарегистрировано, а его безопасность доказана. 

Следующим этапом станут клинические исследования трех разработанных препаратов с участием добровольцев. Например, один из препаратов передадут в Клинику колопроктологии и малоинвазивной хирургии Сеченовского Университета. После клинических исследований препарат понадобится зарегистрировать, и только тогда его можно будет применять в клиниках. 

Новость предоставлена на безвозмездной основе.