Используя простой «перетащить мышью» компьютерный интерфейс и методы самосборки ДНК, исследователи разработали новый подход к разработке лекарств, который может значительно сократить время, необходимое для создания и тестирования лекарств.
В работе, поддержанной грантом National Science Foundation (NSF) по изучению инноваций в области малого бизнеса, исследователи из Parabon® NanoLabs из Reston, штат Вирджиния, недавно разработали и начали оценивать препарат для борьбы с мультивоподобной формой глиобластомы смертельного рака мозга.
Теперь, при поддержке гранта NSF Technology for Commercial Partnershiphips (TECP), Parabon сотрудничает с Janssen Research & Development, LLC, входящей в состав фармацевтических компаний Janssen Johnson & Johnson, для использования технологии для создания и тестирования эффективности нового препарата рака предстательной железы.
«Теперь мы можем« напечатать »молекулу молекулой, именно то, что нам нужно, – говорит Стивен Арментрут, главный исследователь грантов NSF и со-разработчик технологии Parabon. «То, что отличает нашу нанотехнологию от других, – это наша способность быстро и точно определять размещение каждого атома в комплексе, который мы разрабатываем».
Новая технология называется платформой разработки лекарств Parabon Essemblix ™ и сочетает в себе программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР) под названием inSçquio ™ с технологией наноразмерных технологий.
Ученые работают внутри inSquio ™ для разработки молекулярных компонентов с конкретными функциональными компонентами. Затем программное обеспечение оптимизирует дизайн, используя Parabon Computation Grid, платформу суперкомпьютеров облаков, которая использует запатентованные алгоритмы для поиска наборов последовательностей ДНК, которые могут самостоятельно собирать эти компоненты.
«При разработке терапевтического соединения мы объединяем знания о клеточных рецепторах, на которые мы нацеливаемся, или о биологических путях, которые мы пытаемся затронуть, с пониманием связующей химии, которая определяет, что можно собрать», – говорит Хун Чжун, старший научный сотрудник Parabon и сотрудник по грантам. «Это продуманный и методичный процесс разработки, который сильно отличается от большинства других подходов к разработке лекарств, используемых сегодня».
С полученными последовательностями ученые химически синтезируют триллионы идентичных копий разработанных молекул. Процесс от концепции до производства может быть выполнен в течение недель или даже дней – намного быстрее, чем традиционные методы обнаружения лекарств, которые полагаются на проб и ошибок для скрининга потенциально полезных соединений.
Эксперименты in vivo, финансируемые премией NSF SBIR, подтвердили подход, и Парабон подал предварительный патент на его методы и соединения 4 мая 2011 года. Окончательное приложение было опубликовано в 2012 году.
Этот процесс характерен для рационального дизайна лекарств, усилия по изготовлению фармацевтических препаратов на основе знания того, как некоторые молекулярные фрагменты будут работать вместе в биологической системе. Например, некоторые молекулы хорошо находят раковые клетки, в то время как другие хорошо запираются на раковые клетки, в то время как другие способны убивать клетки. Работая вместе как часть более крупной молекулы, эти части могут оказаться эффективными как лечение рака.
Хотя существуют и другие способы создания многокомпонентных соединений, они обычно занимают больше времени, и, что наиболее важно, большинство из них не имеют точного контроля над размером, зарядом и относительным размещением компонентов, включенных новой технологией. Недавний грант TECP предоставил дополнение Parabon для поддержки дальнейших исследований, которые помогут новым технологиям удовлетворить требования рынка.
Гранты TECP являются механизмом, доступным для грантополучателей NSF Phase II SBIR / STTR, что помогает улучшить их коммерческий успех, позволяя им налаживать партнерские отношения с более крупными компаниями и инвесторами. Эти партнеры обычно требуют, чтобы новые продукты соответствовали установленным спецификациям и стандартам, а дополнительные награды TECP обеспечивают финансирование исследований, необходимых для удовлетворения этих параметров. Как и в случае с Parabon и Janssen, компании, которые сотрудничают с грантополучателями TECP, вносят вклад, который помогает дальнейшему руководству технологическим развитием.
«Партнерства признаны одним из важнейших факторов успеха для коммерциализации малых предприятий, – говорит Рут Шуман, директор программы NSF, курирующий усилия NSF TECP. «Тем не менее, потенциальные партнеры часто требуют технических спецификаций и требуют доказательной информации о концепции как предпосылки для партнерства, требования, выходящие за рамки первоначальных целей малых предприятий. Это дополнительное финансирование позволяет малым предприятиям проводить дополнительные исследования для удовлетворения потребностей корпоративного партнера, что потенциально может привести к коммерческим продуктам и услугам, а также к успешному партнерству ».
Исследователи Parabon и Janssen намерены использовать свой новый препарат для лечения рака предстательной железы, чтобы преодолеть несколько существующих препятствий для лечения рака. Дизайн препарата сочетает токсин с химическим веществом, которое делает раковые клетки восприимчивыми к этому токсину. Кроме того, препарат включает компоненты, которые улучшают доставку к раковым клеткам, избегая при этом здоровой ткани и химические маркеры, которые позволяют исследователям контролировать приход препарата при опухолях. Для нового соединения общее время разработки и время синтеза будут составлять недели.
«В настоящее время большинство лекарств разрабатываются с использованием методики скрининга, где вы пытаетесь найти множество соединений-кандидатов против целей, чтобы« увидеть, какие палки », – говорит Арментроут. «Вместо этого мы разрабатываем очень специфические препараты, основанные на их молекулярной структуре, с молекулами-мишенями, которые связываются с рецепторами на определенных типах раковых клеток. В режиме plug-and-play мы можем поменять или заменить любой из функциональных компонентов, если это необходимо, для ряда подходов к лечению ».
Одновременно Parabon разрабатывает другие приложения для этой технологии, включая синтетические вакцины для биозащиты и генной терапии, которые могут быть нацелены на болезнь на основе информации от генома человека. У этой технологии также есть приложения вне медицины, а соучредители Parabon Крис Дуайер и Майкл Нортон основываются на первоначальной поддержке NSF для разработки процессов создания наноразмерных логических ворот, устройств, критически важных для вычислений, и молекулярных наносенсоров.