Оптимизация скрининга

Высокопроизводительный скрининг - это тестирование большого количества химических соединений (до сотен ты­сяч) в определенном биохимическом эксперименте. Чтобы успешно осуществить скрининг, необходимо создать тест-систему, с максимальной точностью воспроизводя­щую процессы, происходящие в организме. Также необходимо помнить о про­изводительности: так как надо скринировать большое количество соединений. Чтобы найти достаточно “хитов”(hit-compaund), необходимо создавать систему, по возможности, с минимальной инкубацией, без стадии отмывки и других вспомогательных операций. Важна стоимость теста. Так если 1 эксперимент будет стоить 10 долларов, то при большом количестве соединений эта сумма может доходить до миллиона долларов, что достаточно дорого.

Процесс скрининга библиотеки обычно состоит из двух этапов. Первичный скрининг - это скрининг всех соединений библиотеки, содержащей от тысячи до миллиона соединений, в одной, достаточно высокой концентра­ции и в одном тесте для минимизации издержек и сокращения затрачива­емого времени на поиск соединений - “хитов”, проявляющих повышенную активность к той или иной биомишени. На этом этапе получается большое количество ложноположительных результатов, что обусловлено взаимодействием веществ друг с другом и их взаимным влиянием на молекулу мишени (синергизм действия), их различной растворимостью, устойчивостью, наличием примесей и т.д.

Поэтому, после нахождения “хитов” на стадии первичного скрининга, проводится их вторичный скрининг: в двух-трех тестах с меньшими концентрациями индивидуально скринируются все “хиты” из первичного скрининга для подтверждения того, что действительно най­дены настоящие “хиты”.

После получения определенного набора “хитов” с примерно одинаковой активностью по отношению к той или иной мишени, встает вопрос об отборе среди них соединений для дальнейших клинических испытаний. Для этого используют различные виртуальные или in vitroADMET (аббревиатура явлений абсорбции, распределения, метаболизма, выделения лекарства из живого организма) - тесты. С их помощью определяется растворимость, проницаемость через липидные мембраны, типы фер­ментов, метаболизирующих исследуемые вещества и структуры метаболитов, оп­ределяется токсичность и способность к связыванию с белками плазмы крови и проникновению через гемоэнцефалитный барьер (Log BB).

Про­гоняя эти соединения через данные тесты, можно ранжировать соединения по выбранным параметрам, например, по цитотоксичности. Предпочтительнее продолжать работать с веществами нецитотоксичными. Также предпочтительнее работать с растворимыми веществами, проникающими через клеточную мембрану.

Использование методов высокопроизводительного скрининга позволило найти целый ряд соединений – лидеров, ставших основой для создания эффективных лекарственных препаратов. Примером соединения-лидера, найденного с помощью систематического скрининга природных соединений, является таксол– эффективное противораковое средство. Среди успехов метода сплошного скрининга синтетических соединений можно отметить получениеловастатина, ставшего соединением-лидером для нового поколения препаратов, снижающих уровень холестерина в крови.

Таксол ловастатин

МЕДИЦИНСКАЯ ХИМИЯ

Несмотря на впечатляющие успехи прямой поиск соединений –“лидеров” методом комбинаторной химии, т.е. перебором всех возможных комбинаций структур обладает принципиальным и неустранимым недостатком. Он все равно остается, хоть и быстрым, но поиском “иголки в стоге сена”, причем иголки в стоге может и не оказаться.

Если посчитать, сколько всего структур может существовать в органической химии (перебор комбинаций только атомов кислорода, углерода, водорода и азота), то получается около 10¹⁸⁰ веществ. Теоретически каждое из них можно синтезировать и испытать, однако, скорее всего для этого не хватит атомов во всей Вселенной. Поэтому простой синтез максимально возможного количества веществ не решает всех проблем.

Так сейчас уже синтезированы и проскринированы миллионы различных соединений. Но из всего этого многообразия дальнейшее применение в клинической практике нашла только одна десятитысячная доля (10³–10⁴ веществ). В связи с этим возникает принципиальный вопрос, „Что делать дальше?“ Получать ещё десятки миллионов всевозможных веществ и проверять их активность? А может быть, лучше попытаться предположить, какие структуры будут заведомо иметь нужную физиологическую активность, и лишь затем их синтезировать? Поэтому в настоящее время методология поиска лекарственных соединений существенно изменилась. Большинство химиков работающих для фармации пытаются сначала предсказать свойства новых веществ, а уже потом если нужно их делать.

Задача это довольно сложная. Дело в том, что химики, биологи и медики, как правило, говорят на совершенно разных языках. Например, медик просит сделать препарат для понижения кровяного давления, а биохимик предлагает найти ингибитор ангиотензинконвертирующего фермента, снижение активности которого и приведёт к снижению давления. Язык же химиков - структурные формулы, поэтому для них такая постановка задачи неприемлема. В ответ они не могут предложить ни конкретную структуру, ни даже класс требуемого соединения. Чтобы создание такого лекарства стало возможным, нужен переводчик биохимической (или фармакологической) информации на язык структурных формул. Роль такого переводчика как раз и играет поддисциплина органической химии, получившая название „медицинская химия“ (medicinal chemistry, от английскогоmedicine - лекарство). Медицинская химиявключает в себя различные аспекты биологии, медицины, фармацевтики.