Nowa cząsteczka przeciwgrzybicza, opracowana poprzez modyfikację struktury czołowego leku przeciwgrzybiczego amfoterycyny B, może wykorzystać skuteczność leku w walce z infekcjami grzybiczymi, eliminując jednocześnie jego toksyczność – uważają naukowcy z Uniwersytetu Illinois Urbana-Champaign i współpracownicy z Uniwersytetu Raport stanu Wisconsin-Madison w czasopiśmie Nature.
Amfoterycyna B, naturalnie występująca mała cząsteczka wytwarzana przez bakterie, to lek stosowany w ostateczności w leczeniu infekcji grzybiczych. Chociaż AmB doskonale radzi sobie z zabijaniem grzybów, jest zarezerwowany jako ostatnia linia obrony, ponieważ jest również toksyczny dla pacjenta – zwłaszcza nerek.
„Infekcje grzybicze to kryzys zdrowia publicznego, który tylko się pogłębia. Niestety mogą wybuchnąć i mieć wykładnicze skutki, podobnie jak wirus Covid-19. Weźmy więc jedno z potężnych narzędzi opracowanych przez naturę zwalczyć grzyby i zamienić je w potężnego sojusznika” – powiedział kierownik badań dr Martin D. Burke, profesor chemii ze stanu Illinois, profesor w Carle Illinois College of Medicine, a także lekarz medycyny.
„Ta praca pokazuje, że zagłębiając się w nauki podstawowe, można zyskać miliard lat przewagi nad naturą i przekształcić ją w coś, co, miejmy nadzieję, będzie miało duży wpływ na zdrowie ludzkie” – powiedział Burke.
Grupa Burke’a spędziła lata badając AmB w nadziei na stworzenie pochodnej, która będzie w stanie zabijać grzyby bez szkody dla ludzi. W poprzednich badaniach opracowali i wykorzystali podejście do syntezy molekularnej oparte na elementach konstrukcyjnych i nawiązali współpracę z grupą specjalizującą się w narzędziach do obrazowania molekularnego zwaną półprzewodnikowym jądrowym rezonansem magnetycznym, kierowaną przez profesora Chada Rienstrę z Uniwersytetu Wisconsin-Madison. Zespoły wspólnie odkryły mechanizm działania leku: AmB zabija grzyby, działając jak gąbka, ekstrahując ergosterol z komórek grzybów.
W nowej pracy grupa Burke’a ponownie współpracowała z grupą Rienstry, aby odkryć, że AmB w podobny sposób zabija ludzkie komórki nerek poprzez ekstrakcję cholesterolu, najpowszechniejszego sterolu u ludzi. Naukowcy ustalili także strukturę na poziomie atomowym gąbek AmB związanych zarówno z ergosterolem, jak i cholesterolem.
„Modele rozdzielczości atomowej były naprawdę kluczem do przybliżenia i zidentyfikowania bardzo subtelnych różnic w interakcjach wiążących między AmB a każdym z tych steroli” – powiedziała Corinne Soutar, studentka studiów magisterskich z Illinois, współpierwsza autorka artykułu.
„Wykorzystując te informacje strukturalne wraz z badaniami funkcjonalnymi i obliczeniowymi, osiągnęliśmy znaczący przełom w zrozumieniu, w jaki sposób AmB działa jako silny lek grzybobójczy” – powiedziała Rienstra. „Dostarczyło to wiedzy umożliwiającej modyfikację AmB i dostrojenie jej właściwości wiążących, zmniejszając jego interakcję z cholesterolem, a tym samym zmniejszając toksyczność”.
Uzbrojony w informacje z badań NMR zespół z Illinois rozpoczął syntezę i testowanie pochodnych z niewielkimi zmianami w regionie wiążącym się z ergosterolem i cholesterolem, jednocześnie zwiększając kinetykę procesu usuwania ergosterolu w celu utrzymania skuteczności.
Dzięki wsparciu współpracowników i obiektów z Instytutu Biologii Genomicznej Carla R. Woese i profesora weterynaryjnej medycyny klinicznej Uniwersytetu I., doktora Timothy’ego Fana, naukowcy przetestowali najbardziej obiecujące pochodne – najpierw w testach in vitro, szybko oceniając skuteczność w zabijanie grzybów; następnie przejście do hodowli komórkowych i ostatecznie żywe myszy, oceniając toksyczność.
Jedna cząsteczka, nazwana AM-2-19, wyróżniała się na tle pozostałych.
„Ta cząsteczka oszczędza nerki, pozwala uniknąć oporności i ma szerokie spektrum skuteczności” – powiedział badacz ze stopniem doktora Arun Maji, współpierwszy autor artykułu. „Przetestowaliśmy tę cząsteczkę na ponad 500 różnych, klinicznie istotnych gatunkach patogenów w czterech różnych lokalizacjach. Ta cząsteczka całkowicie nas zaskoczyła, naśladując lub przewyższając skuteczność obecnie dostępnych klinicznie leków przeciwgrzybiczych”.
Naukowcy przetestowali AM-2-19 w komórkach ludzkiej krwi i nerek w celu sprawdzenia toksyczności. Przetestowali także AM-2-19 na mysich modelach trzech powszechnych, uporczywych infekcji grzybiczych i stwierdzili wysoką skuteczność.
„Podczas moich rotacji lekarskich nazywaliśmy AmB „amfo-strasznym” ze względu na to, jak trudne było to dla pacjentów” – powiedział Burke. „Oddzielenie skuteczności od toksyczności powoduje, że termin „amfostraszny” staje się „amfo-straszny”. Jesteśmy bardzo podekscytowani potencjałem, który widzimy, chociaż potrzebne są badania kliniczne, aby sprawdzić, czy potencjał ten przekłada się na ludzi”.
Jako pierwszy krok w kierunku zastosowania klinicznego, AM-2-19 otrzymał licencję od Sfunga Therapeutics i niedawno wszedł do badań klinicznych fazy 1. Sfunga Therapeutics również częściowo wsparła prace, a Burke uzyskał dochody z usług konsultingowych i kapitał własny w firmie.
Narodowy Instytut Zdrowia wsparł tę pracę. Profesor chemii z Illinois Taras Pogorelov był także współautorem prac w ramach grantów 5R01-AI135812-04, R35-GM118185, R01-GM112845 i R01-GM123455, R01-AI063503 i P41-GM136463. Fan jest także powiązany z Carle Illinois College of Medicine i Cancer Center w Illinois. Burke i Pogorelov są związani z Instytutem Zaawansowanej Nauki i Technologii Beckmana.