Получение и отбор фармакологических соединений-хитов

Разработка новых лекарственных препаратов начинается с поиска и идентификации соединений, которые оказывают желаемый физиологический эффект и при этом безопасны для организма человека. И на первом этапе необходимо выявить соединения-хиты (от англ. "hits"), которые в принципе способны воздействовать на конкретные мишени желаемым образом.

Для отбора хитов исследователи проводят скрининг пула различных соединений и находят среди них потенциальные терапевтические вещества, которые подвергаются следующим этапам отбора. Но прежде всего необходимо определиться, среди каких соединений вести первичный поиск.

Самый общий подход состоит в том, чтобы применять технологии высокопроизводительного скрининга для сканирования всей библиотеки соединений, содержащей тысячи и даже миллионы молекул. В качестве альтернативы разработчики лекарственных препаратов могут выбрать сканирование меньших, более специализированных наборов соединений, что экономит время и ресурсы.

Эти наборы могут включать соединения, для которых выполняются следующие условия:

  • Наличие данных о том, что эти соединения взаимодействуют с таргетным веществом/молекулой.
  • По своей структуре соединения аналогичны существующим веществам, взаимодействующим с таргетным веществом/молекулой.
  • Соединения могут быть искусственно разработаны и синтезированы для взаимодействия с таргетной молекулой, т.е. теоретически способны взаимодействовать с таргетным веществом/молекулой. 

Процесс управления химическими соединениями (Compound management) включает хранение, организацию и отслеживание этих веществ-кандидатов и внесение их в базу данных для облегчения поиска информации и использования. Эффективные методы управления химическими соединениями не только способствуют снижению логистических нагрузок, но и помогают выбрать лишь те соединения, которые лучше всего подходят для скрининга.

Во-вторых, необходимо решить, что будет считаться взаимодействием соединения с таргетным веществом/молекулой. Для этого требуется выбрать метод исследования (или разработать его в случае необходимости), а также подобрать параметры, по которым будет определяться «попадание в цель».

Тщательная проработка метода исследования играет ключевую роль в предотвращении получения ложноположительных и ложноотрицательных результатов. Она также крайне важна для отбора хитов после скрининга путем детального изучения полученных данных и идентификации «попаданий в цель», когда исследуемое соединение демонстрирует более выраженные эффекты и требует дальнейшего анализа.

Экспериментальную работу по получению хитов можно разделить на первичный и вторичный скрининг. При первичном скрининге исследователи ищут доказательства взаимодействия между соединением и мишенью. Это может достигаться посредством измерения силы взаимодействия лиганда с рецептором или антитела с антигеном, либо путем количественной оценки ингибирования или активации известного последующего эффекта.

Методы первичных скрининговых исследований, например, твердофазный иммуноферментный анализ (ИФА), проточная цитометрия и исследования с использованием экворина, обычно обеспечивают чрезвычайно высокую производительность, и их результаты просты в интерпретации.

При вторичном скрининге исследователи выбирают из соединений, выявленных в ходе первичного скрининга. Задача вторичного скрининга — подтвердить соответствие найденного хита (т. е. подтвердить точность «попадания в цель»), сконцентрировавшись на чувствительности и точности, а не на производительности. По этой причине во вторичном скрининге широко используются более сложные модели, например, клетки и ткани, по сравнению с первичным скринингом, и его задачи заключаются в определении таких параметров, как место воздействия и кривая зависимости «доза-эффект».

Учитывая огромное количество соединений, которые в настоящее время имеются в распоряжении исследователей, и большой объем данных, которые можно быстро получить с использованием современных высокопроизводительных технологий, получение и отбор хитов сильно выигрывают от автоматизации. Потому что она помогает не только снизить логистические нагрузки, но и повысить точность и воспроизводимость данных, а также предотвратить ошибки или путаницу.

Краткое резюме

  • Первый этап процесса разработки новых лекарственных препаратов сосредоточен на выявлении и подтверждении соединений-хитов с помощью скрининга.
  • Многочисленные соединения подвергаются скрининговым исследованиям с применением высокопроизводительных и высокочувствительных технологий.
  • Эффективное управление химическими соединениями и тщательная проработка методов исследований крайне важны для успешного получения хитов.
  • Первичный скрининг направлен на установление взаимодействия соединения с таргетным веществом/молекулой, а задачей вторичного скрининга является подтверждение этого взаимодействия.
  • Автоматизация всех или части этапов рабочего процесса получения и отбора хитов дает значительные научные и логистические преимущества.