Lo studio si è concentrato sui peptidi ciclici, molecole versatili note per la loro elevata affinità e specificità nel legare obiettivi patologici impegnativi
I peptidi ciclici possono legarsi a bersagli patologici impegnativi con elevata affinità e specificità, offrendo enormi opportunità per affrontare esigenze mediche insoddisfatte. Tuttavia, come con i farmaci biologici, la maggior parte dei peptidi ciclici non può essere applicata per via orale perché vengono rapidamente digeriti e/o presentano un basso assorbimento nel tratto gastrointestinale, ostacolando il loro sviluppo come agenti terapeutici.
Per decenni, un numero considerevole di proteine, vitali per il trattamento di varie malattie, sono rimaste sfuggenti alla terapia farmacologica orale. Le piccole molecole tradizionali spesso hanno difficoltà a legarsi alle proteine con superfici piatte o richiedono specificità per particolari omologhi proteici. In genere, i farmaci biologici più grandi che possono colpire queste proteine richiedono l’iniezione, limitando la comodità e l’accessibilità per il paziente.
In un nuovo studio pubblicato su Nature Chemical Biology (1), gli scienziati del laboratorio del professor Christian Heinis dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hanno raggiunto una pietra miliare significativa nello sviluppo di farmaci. La loro ricerca apre le porte a una nuova classe di farmaci disponibili per via orale, affrontando una sfida di lunga data nell’industria farmaceutica.
Lo studio si è concentrato sui peptidi ciclici, molecole versatili note per la loro elevata affinità e specificità nel legare obiettivi patologici impegnativi. Allo stesso tempo, lo sviluppo di peptidi ciclici come farmaci orali si è rivelato difficile perché vengono rapidamente digeriti o scarsamente assorbiti dal tratto gastrointestinale.
Il dottor Christian Heinis (2), ricercatore presso l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, spiega: «Ci sono molte malattie per le quali sono stati identificati i bersagli, ma non è stato possibile sviluppare farmaci che li leghino e li raggiungano. La maggior parte di essi sono tipi di cancro e molti bersagli in questi tumori sono interazioni proteina-proteina che sono importanti per la crescita del tumore ma che non possono essere inibite. I peptidi ciclici - continua il docente - sono di grande interesse per lo sviluppo di farmaci poiché queste molecole possono legarsi a bersagli difficili per i quali è stato difficile generare farmaci utilizzando metodi consolidati. Ma i peptidi ciclici di solito non possono essere somministrati per via orale – come pillola – il che limita enormemente la loro applicazione».
Peptidi ciclici che si legano a un bersaglio patologico
Il gruppo di ricerca ha preso di mira l'enzima trombina, che è un bersaglio critico per le malattie a causa del suo ruolo centrale nella coagulazione del sangue; la regolazione della trombina è fondamentale per prevenire e trattare i disturbi trombotici come ictus e infarti.
Per generare peptidi ciclici in grado di colpire la trombina e che siano sufficientemente stabili, gli scienziati hanno sviluppato una strategia di sintesi combinatoria in due fasi per sintetizzare una vasta libreria di peptidi ciclici con legami tioetere, che migliorano la loro stabilità metabolica se assunti per via orale.
«Ora siamo riusciti a generare peptidi ciclici che si legano a un bersaglio patologico di nostra scelta e che possono anche essere somministrati per via orale», afferma il professor Heinis. «A tal fine, abbiamo sviluppato un nuovo metodo in cui migliaia di piccoli peptidi ciclici con sequenze casuali vengono sintetizzati chimicamente su scala nanometrica ed esaminati in un processo ad alto rendimento».
Due passi, un contenitore
Il processo del nuovo metodo prevede due fasi e si svolge nello stesso contenitore reattivo, una caratteristica che i chimici chiamano “one pot”.
Il primo passo è sintetizzare peptidi lineari, che poi subiscono un processo chimico di formazione di una struttura ad anello – in termini tecnici, vengono “ciclizzati”. Questo viene fatto utilizzando “linker bis-elettrofili” – composti chimici utilizzati per collegare insieme due gruppi molecolari – per formare legami tioeteri stabili.
Nella seconda fase, i peptidi ciclizzati subiscono l'acilazione, un processo che lega ad essi acidi carbossilici, diversificandone ulteriormente la struttura molecolare.
La tecnica elimina la necessità di fasi intermedie di purificazione, consentendo uno screening ad alto rendimento direttamente nelle piastre di sintesi, combinando la sintesi e lo screening di migliaia di peptidi per identificare i candidati con elevata affinità per specifici bersagli della malattia – in questo caso, la trombina.
Utilizzando il metodo, il dottorando a capo del progetto, Manuel Merz, è stato in grado di generare una libreria completa di 8.448 peptidi ciclici con una massa molecolare media di circa 650 Dalton (Da), solo leggermente superiore al limite massimo di 500 Da raccomandato per via orale. piccole molecole disponibili.
I peptidi ciclici hanno mostrato anche un'elevata affinità per la trombina.
Quando testati sui ratti, i peptidi hanno mostrato una biodisponibilità orale fino al 18%, il che significa che quando il farmaco peptidico ciclico viene assunto per via orale, il 18% di esso entra con successo nel flusso sanguigno e ha un effetto terapeutico. Considerando che i peptidi ciclici somministrati per via orale generalmente mostrano una biodisponibilità inferiore al 2%, aumentare tale numero al 18% rappresenta un progresso sostanziale per i farmaci nella categoria dei farmaci biologici, che include i peptidi.
Fissare obiettivi
Consentendo la disponibilità orale di peptidi ciclici, il team ha aperto nuove possibilità per il trattamento di una serie di malattie che erano difficili da affrontare con i farmaci orali convenzionali. La versatilità del metodo significa che può essere adattato per colpire un'ampia gamma di proteine, portando potenzialmente a scoperte in aree in cui le esigenze mediche non sono attualmente soddisfatte.
«Per applicare il metodo a bersagli patologici più impegnativi, come le interazioni proteina-proteina, sarà probabilmente necessario sintetizzare e studiare librerie più grandi», afferma Manuel Merz. «Automatizzando ulteriori passaggi dei metodi, le librerie con più di un milione di molecole sembrano essere a portata di mano».
Nella fase successiva di questo progetto, i ricercatori prenderanno di mira diversi bersagli di interazione proteina-proteina intracellulare per i quali è stato difficile sviluppare inibitori basati su piccole molecole classiche. Sono fiduciosi che si possano sviluppare peptidi ciclici applicabili per via orale almeno per alcuni di essi.
Riferimenti:
(1) De novo development of small cyclic peptides that are orally bioavailable
(2) Christian Heinis
Descrizione foto: Estratto grafico dei peptidi orali ciclici. - Credit: Christian Heinis/EPFL.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Oral peptides: A new era in drug development