Wetenschappers van Scripps Research hebben een manier bedacht om, in verschillende weefsels en met een hogere precisie dan ooit tevoren, een beeld te vormen waarbij medicijnen zich binden aan hun doelen in het lichaam. De nieuwe methode zou een routinetool kunnen worden bij de ontwikkeling van geneesmiddelen.
Beschreven in een artikel in Cell van 27 april 2022, hecht de nieuwe methode, CATCH genaamd, fluorescerende tags aan medicijnmoleculen en maakt gebruik van chemische technieken om het fluorescerende signaal te verbeteren. De onderzoekers demonstreerden de methode met verschillende experimentele medicijnen en onthulden waar – zelfs binnen individuele cellen – de medicijnmoleculen hun doelwit raken.
“Deze methode zou ons uiteindelijk voor het eerst in staat moeten stellen om relatief gemakkelijk te zien waarom het ene medicijn krachtiger is dan het andere, of waarom het ene een bepaalde bijwerking heeft en het andere niet”, zegt hoofdauteur Li Ye, PhD. , assistent-professor neurowetenschappen bij Scripps Research en The Abide-Vividion Chair in Chemistry and Chemical Biology.
De eerste auteur van het onderzoek, Zhengyuan Pang, is een afgestudeerde student in het Ye-lab. De studie was ook een nauwe samenwerking met het laboratorium van Ben Cravatt, PhD, Gilula Chair of Chemical Biology bij Scripps Research.
“De unieke omgeving bij Scripps Research, waar biologen routinematig samenwerken met chemici, heeft de ontwikkeling van deze techniek mogelijk gemaakt”, zegt Ye.
Begrijpen waar medicijnmoleculen hun doelwitten binden om hun therapeutische effecten – en bijwerkingen – uit te oefenen, is een fundamenteel onderdeel van de ontwikkeling van geneesmiddelen. Echter, onderzoek naar interactie tussen geneesmiddelen en doelwitten omvatte traditioneel relatief onnauwkeurige methoden, zoals bulkanalyses van de concentratie van geneesmiddelmoleculen in hele organen.
advertentie
De CATCH-methode omvat het inbrengen van kleine chemische handvatten in medicijnmoleculen. Deze verschillende chemische handvatten reageren niet met iets anders in het lichaam, maar laten wel de toevoeging van fluorescerende tags toe nadat de medicijnmoleculen zich aan hun doelwit hebben gebonden. Deels omdat menselijk of dierlijk weefsel de neiging heeft om het licht van deze fluorescerende tags te verspreiden en te blokkeren, combineerden Ye en zijn team het tagging-proces met een techniek die weefsel relatief transparant maakt.
In deze eerste studie optimaliseerden en evalueerden de onderzoekers hun methode voor “covalente geneesmiddelen”, die onomkeerbaar binden aan hun doelen met stabiele chemische bindingen die bekend staan als covalente bindingen. Deze onomkeerbaarheid van binding maakt het bijzonder belangrijk om te verifiëren dat dergelijke medicijnen hun beoogde doelen bereiken.
De wetenschappers evalueerden eerst verschillende covalente remmers van een enzym in de hersenen dat vetzuuramidehydrolase (FAAH) wordt genoemd. FAAH-remmers hebben het effect van het verhogen van de niveaus van cannabinoïde moleculen, waaronder het “geluksmolecuul” anandamide, en worden onderzocht als behandelingen voor pijn en stemmingsstoornissen. De wetenschappers konden op eencellig niveau een beeld vormen van waar deze remmers hun doelwit raakten in grote hoeveelheden hersenweefsel van muizen, en konden gemakkelijk hun verschillende patronen van doelwitbetrokkenheid onderscheiden.
In één experiment toonden ze aan dat een experimentele FAAH-remmer genaamd BIA-10-2474, die in 2016 in een klinisch onderzoek in Frankrijk één dode en meerdere verwondingen veroorzaakte, onbekende doelen in de middenhersenen van muizen aangrijpt, zelfs wanneer de muizen het FAAH-enzym missen — het bieden van een aanwijzing voor de bron van de toxiciteit van de remmer.
In andere tests die de ongekende precisie en veelzijdigheid van de nieuwe methode aantoonden, toonden de wetenschappers aan dat ze de beeldvorming van het medicijn konden combineren met afzonderlijke fluorescentie-markeringsmethoden om de celtypen te onthullen waaraan een medicijn bindt. Ze konden ook de aangrijpingssites voor geneesmiddelen in verschillende delen van neuronen onderscheiden. Ten slotte konden ze zien hoe bescheiden verschillende doses van een medicijn vaak een opvallende invloed hebben op de mate van doelwitbetrokkenheid in verschillende hersengebieden.
De proof-of-principle-studie is nog maar het begin, benadrukt Ye. Hij en zijn team zijn van plan CATCH verder te ontwikkelen voor gebruik op dikkere weefselmonsters, uiteindelijk misschien hele muizen. Bovendien zijn ze van plan de basisbenadering uit te breiden tot meer algemene, niet-covalent bindende geneesmiddelen en chemische sondes. Over het algemeen, zegt Ye, ziet hij de nieuwe methode als een basisinstrument, niet alleen voor het ontdekken van medicijnen, maar zelfs voor basisbiologie.
“In situ Identification of Cellular Drug Targets in Mammalian Tissue” was co-auteur van Zhengyuan Pang, Michael Schafroth, Daisuke Ogasawara, Yu Wang, Victoria Nudell, Neeraj Lal, Dong Yang, Kristina Wang, Dylan Herbst, Jacquelyn Ha, Carlos Guijas, Jacqueline Blankman, Benjamin Cravatt en Li Ye — allen van Scripps Research tijdens het onderzoek.
De studie werd gedeeltelijk gefinancierd door de National Institutes of Health (DP2DK128800, DK114165, DK124731, DA033760), de Whitehall Foundation, de Baxter Foundation en de Dana Foundation.
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Wetenschappers hebben een manier bedacht om beelden te maken, over verschillende weefsels en met een hogere precisie dan ooit tevoren, waarbij medicijnen zich binden aan hun doelwitten in het lichaam. De nieuwe methode zou een routinetool kunnen worden bij de ontwikkeling van geneesmiddelen.
Datum van publicatie: 30 april 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily