Catturare il pesce giusto

La ricerca di nuovi principi attivi è spesso come una pesca al buio: Le prospettive di cattura sono molto incerte, richiede pazienza, abilità e, non ultimo, denaro. I ricercatori del Fare ricerca all'ETH, guidati da Dario Neri, hanno sviluppato un nuovo metodo di screening che rende la ricerca di principi attivi più veloce, più economica e più efficiente. I chimici ne riferiscono nella rivista scientifica pagina esternaNature Chemistry.

Il fulcro del metodo è la cosiddetta DNA-Encoded Chemical Library (DECL), che contiene 35 milioni di candidati farmaci diversi. Raccolte di questo tipo non sono nuove, ma la portata e la struttura delle sostanze che contengono sono insolite.

Test su 35 milioni di ami in una volta sola

Ciascun candidato farmaco contenuto nella collezione è costituito da una spina dorsale stabile a forma di anello, presa in prestito dal lavoro di Manfred Mutter dell'Università di Losanna. I chimici hanno accoppiato tre diverse piccole molecole a un lato dell'anello.

"Insieme formano una sorta di amo altamente specifico che può legarsi a una proteina se la sua forma corrisponde perfettamente alla struttura della proteina stessa", spiega Jörg Scheuermann, che sta attualmente completando la sua abilitazione sulle librerie di sostanze codificate dal DNA nel gruppo del professor Dario Neri dell'ETH. I ricercatori hanno utilizzato centinaia di molecole di questo tipo, che hanno combinato in modi diversi. Il risultato è stato una libreria di 35 milioni di "ami" diversi.

I ricercatori hanno codificato il progetto delle tre molecole in tre brevi sequenze di DNA, con il DNA chimicamente collegato al lato opposto della spina dorsale. Questo pezzo artificiale di materiale genetico funziona come un codice a barre, che gli scienziati possono usare per identificare individualmente ogni "amo".

Con la loro collezione di sostanze chimiche, i ricercatori possono ora andare a caccia: Per scoprire se una proteina bersaglio si attacca a uno degli "ami da pesca", i ricercatori collocano la collezione di tutti i 35 milioni di composti in un recipiente di reazione contenente la proteina su uno sponsor. Dopo un certo periodo di tempo, i ricercatori lavano via la collezione di sostanze chimiche. Tutti i candidati farmaci che non si sono legati alla proteina vengono rimossi. Quelli che si sono "attaccati" alla proteina rimangono nel campione e possono essere identificati chiaramente grazie al loro codice a barre del DNA. In questo modo, i ricercatori possono testare l'intera collezione di farmaci alla ricerca di possibili risultati in un breve lasso di tempo.

Tecnologia quasi dimenticata

Le ricerche all'ETH guidate da Dario Neri e Jörg Scheuermann lavorano da anni sulle DECL. Le basi per il principio della codifica tramite DNA sono state gettate dai ricercatori dello Scripps Richard Lerner e dal premio Nobel Sidney Brenner all'inizio degli anni '90, ma l'idea non è stata messa in pratica per un decennio. Tuttavia, il professor Neri dell'ETH e il suo collega David Liu dell'Università di Harvard hanno ripreso l'idea all'inizio degli anni 2000. Sette anni dopo, i ricercatori hanno presentato la prima collezione di sostanze chimiche codificate dal DNA, che conteneva più di un milione di candidati (L'ETH Life ha riferito che).

La tecnologia DECL si è affermata negli ultimi anni nell'industria farmaceutica, anche perché è altamente efficiente e conveniente. "La progettazione del nostro DECL si basa sul fatto che volevamo generare una nuova forma molecolare che corrispondesse nella sua funzionalità a un anticorpo ridotto a dimensioni minime e che fosse accessibile tramite sintesi chimica", spiega Scheu."Ci stiamo avvicinando alle interazioni anticorpo-antigene con molecole che hanno tre o più ganci chimici", afferma Scheuermann."

Un nuovo approccio terapeutico?

Un approccio terapeutico potrebbe consistere nell'accoppiare una citotossina a un legante proteico specifico (il cosiddetto "coniugato farmaco a piccole molecole", SMDC). Questo riconoscerebbe una cellula estranea o tumorale sulla base della proteina, si aggancerebbe ad essa e rilascerebbe la tossina in alte concentrazioni locali, causando la morte della cellula tumorale. Finora questa strategia è stata attuata con anticorpi noti come "coniugati anticorpo-farmaco" (ADC).

"Tuttavia, poiché gli anticorpi sono relativamente grandi, hanno difficoltà a penetrare nel tessuto tumorale. Le piccole molecole, invece, dovrebbero essere in grado di farlo meglio", spiega Scheuermann. La ricerca sulle nuove DECL qui descritta e il nuovo concetto terapeutico sono stati recentemente realizzati dai ricercatori nell'ambito del progetto Sinergia del FNS "pagina esternaI farmaci del futuro" può provare.