Недавно появились многообещающие вакцины против COVID-19, но это не означает, что исследования других методов лечения могут замедлиться. По-прежнему нет лекарства от этой болезни, и люди, вероятно, будут продолжать болеть даже после того, как вакцины станут широко доступными – например, из-за того, что им не сделают прививку от COVID, или из-за потенциальных будущих вспышек вирусов, подобных SARS-CoV-2.
"Нам нужен противовирусный препарат, как от ВИЧ или гепатита С," говорит Томас Тушл из Рокфеллера. "Ингибитор, который напрямую блокирует ферменты, необходимые вирусу для репликации."
Эффективный противовирусный препарат до сих пор остается неуловимым. Но Тушль, чья лаборатория занимается поиском такого лекарства с первых дней пандемии, надеется, что это произойдет. И после просмотра огромных библиотек химикатов он и его коллеги сузили список соединений, которые могут подорвать коронавирус.
"Мы ищем отправные точки," Тушль объясняет. "Небольшие соединения, которые находятся на грани подавления вируса в лаборатории, которые химики могут затем модифицировать, чтобы они стали еще более эффективными и похожими на лекарства."
Как сделать противовирусное средство
Противовирусные препараты – изящные лекарства. В отличие от антибиотиков, которые предназначены для нарушения метаболизма бактерий, противовирусные препараты не могут позволить себе атаковать свои цели в лоб, потому что вирус вплетен в его клетку-хозяин, а лекарства, предназначенные для уничтожения определенного вируса, не могут поставить под угрозу клетку-хозяина без риска повреждения. все тело под перекрестным огнем. Вместо этого противовирусные препараты традиционно нацелены на путь репликации вируса, ингибируя вирусные белки, необходимые для его размножения.
В середине марта лаборатория Тушла начала поиск белков, необходимых для репликации SARS-CoV-2. Они достигли четырех основных целей – все так называемые NSP (неструктурные белки). Наиболее многообещающие, исходя из их нынешнего ингибитора "Хит-лист," был NSP14, который служит стержнем в процессе, известном как кэппирование РНК. "В качестве потенциальной мишени для лекарств он особенно привлекателен," Tuschl говорит, "поскольку отключение механизма улавливания вируса может иметь двойной эффект: ограничение распространения вируса, а также разоблачение вирусной РНК для усиления иммунной системы пациента."
Кеппинг имеет место у многих вирусов во время каждого цикла репликации и включает добавление небольшой структуры к вновь продуцируемой РНК. Это обеспечивает упорядоченную экспрессию генов, а также стабильность РНК, поэтому незащищенные вирусы не только неэффективно реплицируются – они также разлагаются в клетке-хозяине, вызывая клеточные сигналы тревоги, которые укрепляют врожденную иммунную систему. Без NSP14 SARS-CoV-2 не может создать свою вирусную шапку, а без нее вирус – сидячая утка.
"Одна из наших первых целей состояла в том, чтобы найти клинически одобренные соединения, которые ингибируют NSP, которые необходимы для воспроизведения SARS-CoV-2," Tuschl говорит.
Но первый раунд проверки оказался разочаровывающим. Из библиотеки, состоящей из 9000 одобренных лекарств и лекарственных соединений, не появилось ни одного кандидата, который был бы достаточно мощным, чтобы его можно было рассматривать в качестве потенциального терапевтического средства.
Увеличение масштаба
Однако команда Тушля не теряла надежды. Вместо этого они обратились к обширной библиотеке Рокфеллера, состоящей из 430000 компонентов лекарств, натуральных продуктов и фрагментов соединений, и начали проверять эти частички фармацевтических препаратов на способность даже незначительно подавлять четыре ПОШ.
Массовый показ завершился в октябре – рекордное время для такой масштабной инициативы. Одна из причин, по которой Тушл смог действовать так быстро, заключалась в том, что, за исключением персонала, необходимого для исследования Рокфеллера COVID-19,, "все остальные работали из дома во время изоляции," он говорит. "У нас был объект почти для нас."
На этот раз скрининг Тушля принес свои плоды. Несколько сотен небольших молекул продемонстрировали, по крайней мере, умеренную способность ингибировать NSP, которые позволяют SARS-CoV-2 реплицироваться и оставаться незамеченными. По словам Тушла, из них ингибиторы NSP14 являются одними из самых многообещающих.
Но эти соединения еще не являются противовирусными препаратами – хотя они действуют на вирусный белок в биохимических анализах, они не были оптимизированы для стабильности в клетках или проницаемости через клеточные мембраны. Они являются отправными точками – прототипами, которые химики потенциально могут превратить в противовирусные препараты при наличии времени и, по крайней мере, некоторой удачи.
Биохимическая эффективность противовирусного препарата SARS-CoV-2 измеряется по так называемому значению IC50, которое показывает, сколько ингибитора потребуется для снижения активности фермента вдвое. Соединения с IC50 10 микромоль или выше не особенно полезны, потому что "почти любое соединение в этом диапазоне, нанесенное на клетки в такой высокой концентрации, начинает быть токсичным," Tuschl говорит.
Следовательно, следующим шагом является анализ каждого соединения с командой химиков, подбирая кусочки потенциальных ингибиторов, чтобы определить, могут ли незначительные корректировки снизить IC50 без ущерба для специфичности. "Это что-то вроде игры с числами," Тушль признает. "Вам действительно нужно стремиться к тому, чтобы значения IC50 находились в диапазоне 10 наномолей, чтобы получить лекарство."
Хотя возможно, что одно из соединений, которые исследует Тушл, потребует лишь незначительных корректировок, он готов к тому, что подход в области медицинской химии займет годы, что исторически происходило с большинством лекарств. Но вне зависимости от сроков, он не сомневается, что работа стоит того, чтобы продолжить.
"Во-первых, это может быть не последняя пандемия вируса атипичной пневмонии," он говорит. Хотя вакцины, которые в настоящее время разрабатываются, вероятно, будут обеспечивать защиту только от текущего штамма коронавируса, противовирусный препарат будет нацелен на пути, общие для многих различных коронавирусов. "Благодаря исследованиям, которые мы проводим сегодня, мы будем готовы к следующему."