Durante décadas, um número substancial de proteínas, vitais para o tratamento de várias doenças, permaneceu indescritível à terapia medicamentosa oral. As pequenas moléculas tradicionais muitas vezes lutam para se ligar a proteínas com superfícies planas ou requerem especificidade para determinados homólogos de proteínas. Normalmente, produtos biológicos maiores que podem ter como alvo essas proteínas exigem injeção, limitando a conveniência e a acessibilidade do paciente.



Em um novo estudo publicado na Nature Chemical Biology, cientistas do laboratório do Professor Christian Heinis na EPFL alcançaram um marco significativo no desenvolvimento de medicamentos. A sua investigação abre a porta a uma nova classe de medicamentos disponíveis por via oral, abordando um desafio de longa data na indústria farmacêutica.

“Há muitas doenças para as quais os alvos foram identificados, mas não foi possível desenvolver medicamentos que os ligassem e alcançassem”, diz Heinis. “A maioria deles são tipos de câncer, e muitos alvos nesses tipos de câncer são interações proteína-proteína que são importantes para o crescimento do tumor, mas não podem ser inibidas”.

O estudo concentrou-se em peptídeos cíclicos, que são moléculas versáteis conhecidas por sua alta afinidade e especificidade na ligação a alvos de doenças desafiadoras. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento de peptídeos cíclicos como medicamentos orais tem se mostrado difícil porque são rapidamente digeridos ou mal absorvidos pelo trato gastrointestinal.

“Os peptídeos cíclicos são de grande interesse para o desenvolvimento de medicamentos, pois essas moléculas podem se ligar a alvos difíceis para os quais tem sido um desafio gerar medicamentos usando métodos estabelecidos”, diz Heinis. "Mas os peptídeos cíclicos geralmente não podem ser administrados por via oral - como uma pílula - o que limita enormemente a sua aplicação."

Avanço na ciclismo

A equipe de pesquisa teve como alvo a enzima trombina, que é um alvo crítico para doenças devido ao seu papel central na coagulação sanguínea; regular a trombina é fundamental para prevenir e tratar distúrbios trombóticos, como derrames e ataques cardíacos.

Para gerar peptídeos cíclicos que possam atingir a trombina e sejam suficientemente estáveis, os cientistas desenvolveram uma estratégia de síntese combinatória em duas etapas para sintetizar uma vasta biblioteca de peptídeos cíclicos com ligações tioéter, que aumentam sua estabilidade metabólica quando tomados por via oral.

“Conseguimos agora gerar peptídeos cíclicos que se ligam a um alvo de doença de nossa escolha e também podem ser administrados por via oral”, diz Heinis. "Para esse fim, desenvolvemos um novo método no qual milhares de pequenos peptídeos cíclicos com sequências aleatórias são sintetizados quimicamente em nanoescala e examinados em um processo de alto rendimento."

Dois passos, um pote

O processo do novo método envolve duas etapas e ocorre no mesmo recipiente reativo, um recurso que os químicos chamam de “um pote”.

O primeiro passo é sintetizar peptídeos lineares, que então passam por um processo químico de formação de uma estrutura semelhante a um anel – em termos técnicos, sendo “ciclizados”. Isso é feito usando "ligantes biseletrofílicos" - compostos químicos usados ​​para conectar dois grupos moleculares - para formar ligações tioéter estáveis.

Na segunda fase, os peptídeos ciclizados sofrem acilação, processo que lhes liga ácidos carboxílicos, diversificando ainda mais sua estrutura molecular.

A técnica elimina a necessidade de etapas intermediárias de purificação, permitindo uma triagem de alto rendimento diretamente nas placas de síntese, combinando a síntese e a triagem de milhares de peptídeos para identificar candidatos com alta afinidade para alvos específicos de doenças – neste caso, a trombina.

Usando o método, o Ph.D. o aluno que lidera o projeto, Manuel Merz, conseguiu gerar uma biblioteca abrangente de 8.448 peptídeos cíclicos com uma massa molecular média de cerca de 650 Daltons (Da), apenas ligeiramente acima do limite máximo de 500 Da recomendado para pequenas moléculas disponíveis por via oral.

Os péptidos cíclicos também mostraram uma elevada afinidade pela trombina.

Quando testados em ratos, os peptídeos apresentaram biodisponibilidade oral de até 18%, o que significa que quando o medicamento peptídico cíclico é tomado por via oral, 18% dele entra com sucesso na corrente sanguínea e tem efeito terapêutico. Considerando que os peptídeos cíclicos administrados por via oral geralmente apresentam biodisponibilidade abaixo de 2%, aumentar esse número para 18% é um avanço substancial para medicamentos na categoria de produtos biológicos – que inclui peptídeos.

Definição de metas

Ao permitir a disponibilidade oral de peptídeos cíclicos, a equipe abriu possibilidades para o tratamento de uma série de doenças que têm sido difíceis de tratar com medicamentos orais convencionais. A versatilidade do método significa que ele pode ser adaptado para atingir uma ampla gama de proteínas, levando potencialmente a avanços em áreas onde as necessidades médicas ainda não são atendidas.

“Para aplicar o método a alvos de doenças mais desafiadores, como interações proteína-proteína, provavelmente será necessário sintetizar e estudar bibliotecas maiores”, diz Manuel Merz. "Ao automatizar outras etapas dos métodos, bibliotecas com mais de um milhão de moléculas parecem estar ao nosso alcance."

Na próxima etapa deste projeto, os pesquisadores terão como alvo vários alvos de interação proteína-proteína intracelular para os quais tem sido difícil desenvolver inibidores baseados em pequenas moléculas clássicas. Eles estão confiantes de que peptídeos cíclicos aplicáveis ​​por via oral podem ser desenvolvidos para pelo menos alguns deles.

Mais informações: Alexander L. Nielsen, Desenvolvimento de novo de pequenos peptídeos cíclicos que são biodisponíveis por via oral, Nature Chemical Biology (2023). DOI:10.1038/s41589-023-01496-y
Informações do diário: Biologia Química da Natureza

Fornecido pela École Polytechnique Federale de Lausanne