Obecnie dostępne leki przeciw grypie atakują wirusa dopiero wtedy, gdy infekcja już się rozwinęła, ale co by było, gdyby lek mógł przede wszystkim zapobiec infekcji? Teraz naukowcy z Scripps Research i Albert Einstein College of Medicine zaprojektowali cząsteczki przypominające lek, aby właśnie to osiągnąć, udaremniając pierwszy etap zakażenia grypą.
Inhibitory lekopodobne blokują wirusowi przedostawanie się do komórek oddechowych organizmu – w szczególności celują w hemaglutyninę, białko występujące na powierzchni wirusów grypy typu A. Odkrycia, opublikowane 16 maja 2024 r. w Proceedings of the National Academy of Sciences, stanowią ważny krok naprzód w opracowaniu leku, który może zapobiegać zakażeniu grypą.
„Próbujemy skupić się na pierwszym etapie zakażenia grypą, ponieważ lepiej byłoby w pierwszej kolejności zapobiegać zakażeniu, ale cząsteczki te można również wykorzystać do zahamowania rozprzestrzeniania się wirusa po zakażeniu” – mówi autor korespondenta Ian Wilson, DPhil, profesor biologii strukturalnej Hansena w Scripps Research.
Inhibitory będą musiały być dalej optymalizowane i testowane, zanim będzie można je ocenić jako leki przeciwwirusowe u ludzi, ale naukowcy twierdzą, że cząsteczki te ostatecznie mogą pomóc w zapobieganiu infekcjom grypy sezonowej i leczeniu ich. I w przeciwieństwie do szczepionek, inhibitory prawdopodobnie nie wymagałyby corocznej aktualizacji.
Naukowcy zidentyfikowali wcześniej małą cząsteczkę F0045(S) o ograniczonej zdolności wiązania i hamowania wirusów grypy H1N1 typu A.
„Zaczęliśmy od opracowania wysokowydajnego testu wiązania hemaglutyniny, który pozwolił nam szybko przeszukać duże biblioteki małych cząsteczek i w tym procesie odkryliśmy wiodący związek F0045(S)” – mówi korespondent, dr Dennis Wolan, starszy główny naukowiec w Genentech i były profesor nadzwyczajny w Scripps Research.
W tym badaniu zespół miał na celu optymalizację struktury chemicznej F0045(S) w celu zaprojektowania cząsteczek o lepszych właściwościach lekopodobnych i bardziej specyficznej zdolności wiązania z wirusem. Na początek laboratorium Wolan wykorzystało „chemię kliknięcia SuFEx”, którą po raz pierwszy opracował dwukrotny laureat Nagrody Nobla i współautor, dr K. Barry Sharpless, w celu wygenerowania dużej biblioteki potencjalnych cząsteczek z różnymi ulepszeniami F0045(S ) oryginalna struktura. Przeglądając tę bibliotekę, naukowcy zidentyfikowali dwie cząsteczki – 4(R) i 6(R) – o większym powinowactwie wiązania w porównaniu z F0045(S).
Następnie w laboratorium Wilsona wytworzono rentgenowskie struktury krystaliczne 4(R) i 6(R) związane z białkiem hemaglutyniny grypy, co pozwoliło zidentyfikować miejsca wiązania cząsteczek, określić mechanizmy stojące za ich doskonałą zdolnością wiązania oraz zidentyfikować obszary poprawa.
„Wykazaliśmy, że te inhibitory wiążą się znacznie mocniej z hemaglutyniną antygenu wirusowego niż pierwotna cząsteczka wiodąca” – mówi Wilson. „Korzystając z chemii kliknięć, zasadniczo rozszerzyliśmy zdolność związków do interakcji z grypą, sprawiając, że celują w dodatkowe kieszenie na powierzchni antygenu”.
Kiedy naukowcy przetestowali 4(R) i 6(R) w hodowli komórkowej, aby zweryfikować ich właściwości przeciwwirusowe i bezpieczeństwo, odkryli, że 6(R) jest nietoksyczny i ma ponad 200-krotnie lepszą skuteczność przeciwwirusową komórkową w porównaniu do F0045(S ).
Na koniec badacze zastosowali ukierunkowane podejście w celu dalszej optymalizacji 6(R) i opracowania związku 7, który okazał się mieć jeszcze lepsze właściwości przeciwwirusowe.
„To najsilniejszy opracowany do tej pory drobnocząsteczkowy inhibitor hemaglutyniny” – mówi autorka korespondująca Seiya Kitamura, która pracowała nad projektem jako stażysta podoktorski w Scripps Research, a obecnie jest adiunktem w Albert Einstein College of Medicine.
W przyszłych badaniach zespół planuje dalszą optymalizację związku 7 i testowanie inhibitora na zwierzęcych modelach grypy.
„Jeśli chodzi o siłę działania, trudno będzie dalej ulepszyć cząsteczkę, ale istnieje wiele innych właściwości, które należy wziąć pod uwagę i zoptymalizować, na przykład farmakokinetykę, metabolizm i rozpuszczalność w wodzie” – mówi Kitamura.
Ponieważ inhibitory opracowane w tym badaniu są ukierunkowane wyłącznie na szczepy grypy H1N1, badacze pracują również nad opracowaniem równoważnych inhibitorów lekopodobnych, które będą działać na inne szczepy grypy, takie jak H3N2 i H5N1.
Prace te były wspierane przez NIH, Instytut Badań nad Agingiem Nathana Shocka i Einsteina-Montefiore.