Peptidi orali: una nuova era nello sviluppo dei farmaci

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Credito: C. Heinis (EPFL)
Credito: C. Heinis (EPFL)

Gli scienziati dell’EPFL hanno sviluppato peptidi ciclici stabili che possono essere assorbiti per via orale e la cui biodisponibilità è significativamente superiore a quella dei peptidi attuali. Questa scoperta potrebbe portare allo sviluppo di una classe di farmaci in grado di colpire malattie finora incurabili, come alcuni tipi di cancro.

Per decenni, molte proteine essenziali per il trattamento di varie malattie sono state poco conosciute e quindi non considerate per la terapia farmacologica orale. Le piccole molecole tradizionali spesso faticano a legarsi alle proteine a superficie piatta o devono essere specifiche per particolari proteine omologhe. In generale, i biologici più grandi in grado di colpire queste proteine devono essere iniettati, il che ha un impatto sul comfort e sull’accessibilità del paziente.

Siamo riusciti a sviluppare peptidi ciclici che si legano a un bersaglio patologico di nostra scelta e possono essere somministrati per via orale.

Professor Christian Heinis, EPFL



In uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Nature Chemical Biology, gli scienziati del laboratorio di Christian Heinis dell’EPFL hanno compiuto un importante passo avanti nello sviluppo di farmaci. La loro ricerca apre la strada a una nuova classe di farmaci disponibili per via orale, rispondendo a una sfida di lunga data per l’industria farmaceutica.

"Sono stati identificati i bersagli di molte malattie, ma non sono stati sviluppati farmaci che si legano a questi bersagli e li raggiungono", spiega Christian Heinis. "La maggior parte di queste malattie sono tipi di cancro. Molti dei bersagli di questi tumori sono interazioni proteina-proteina che hanno un ruolo importante nella crescita del tumore, ma non possono essere inibiti".

Lo studio si è concentrato sui peptidi ciclici. Si tratta di molecole versatili note per la loro elevata affinità e specificità nel legarsi a bersagli patologici complessi. Allo stesso tempo, si è rivelato difficile sviluppare i peptidi ciclici come farmaci orali perché sono rapidamente digeriti o scarsamente assorbiti dal tratto gastrointestinale.

"I peptidi ciclici sono di grande interesse per lo sviluppo di farmaci perché queste molecole possono legarsi a bersagli complessi per i quali è stato difficile sviluppare farmaci con metodi consolidati", spiega Christian Heinis. "Ma i peptidi ciclici in genere non possono essere somministrati per via orale, sotto forma di pillole, il che limita notevolmente la loro applicazione".

I progressi della ciclizzazione

Il team di ricerca ha preso di mira l’enzima trombina, che è un bersaglio patologico critico a causa del suo ruolo principale nella coagulazione del sangue. La regolazione della trombina è essenziale per la prevenzione e il trattamento di malattie trombotiche come ictus e infarti.

Per sviluppare peptidi ciclici sufficientemente stabili in grado di colpire la trombina, gli scienziati hanno sviluppato una strategia di sintesi combinatoria in due fasi per sintetizzare una vasta libreria di peptidi ciclici con legami tioeteri, che ne migliora la stabilità metabolica quando vengono assunti per via orale.

"Siamo riusciti a sviluppare peptidi ciclici che si legano a un bersaglio patologico di nostra scelta e possono essere somministrati per via orale", spiega Christian Heinis. "Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo sviluppato un metodo in cui migliaia di piccoli peptidi ciclici con sequenze casuali vengono sintetizzati chimicamente su scala nanometrica ed esaminati in un processo ad alto rendimento".

Due fasi, una pentola

Questo nuovo metodo prevede due fasi e si svolge nello stesso contenitore di reagenti, una caratteristica che i chimici chiamano "one pot".

Il primo passo consiste nel sintetizzare peptidi lineari, che poi vengono sottoposti a un processo chimico per formare una struttura ad anello - in termini tecnici, si dice che vengono "ciclizzati". A tal fine si utilizzano dei "linker bis-elettrofili", ossia composti chimici utilizzati per collegare due gruppi molecolari e formare legami tioetere stabili.

Nella seconda fase, i peptidi ciclati vengono sottoposti ad acilazione. Questo processo attacca gli acidi carbossilici, diversificando ulteriormente la loro struttura molecolare.

Questa tecnica elimina le fasi intermedie di purificazione, consentendo uno screening high-throughput direttamente nelle piastre di sintesi, combinando la sintesi e lo screening di migliaia di peptidi per identificare i candidati con un’elevata affinità per specifici bersagli patologici - in questo caso, la trombina.

Utilizzando questo metodo, il dottorando Manuel Merz, che guida il progetto, è riuscito a produrre una libreria completa di 8.448 peptidi ciclici con una massa molecolare media di circa 650 dalton (Da), leggermente superiore al limite superiore raccomandato di 500 Da per le piccole molecole disponibili per via orale. I peptidi ciclici hanno inoltre mostrato un’elevata affinità per la trombina.

Testati sui ratti, i peptidi hanno mostrato una biodisponibilità orale fino al 18%. In altre parole, quando il farmaco a base di peptidi ciclici viene assunto per via orale, il 18% di esso riesce a entrare nel flusso sanguigno e ad avere un effetto terapeutico. Dato che i peptidi ciclici somministrati per via orale hanno generalmente una biodisponibilità inferiore al 2%, l’aumento di questa percentuale al 18% rappresenta un importante progresso per i farmaci della categoria dei biologici, che comprende i peptidi.

Obiettivo

Consentendo la biodisponibilità orale dei peptidi ciclici, il team ha aperto prospettive per il trattamento di una serie di malattie difficili da trattare con i farmaci orali convenzionali. Grazie alla sua versatilità, il metodo può essere adattato per colpire un gran numero di proteine, il che potrebbe portare a progressi in aree in cui le esigenze mediche non sono soddisfatte.

"Per applicare il metodo a bersagli patologici più complessi, come le interazioni proteina-proteina, sarà probabilmente necessario sintetizzare e studiare librerie più ampie", spiega Manuel Merz. "Automatizzando altre fasi del metodo, le librerie contenenti più di un milione di molecole sembrano essere a portata di mano".

Nella fase successiva di questo progetto, i ricercatori lavoreranno su diversi bersagli intracellulari dell’interazione proteina-proteina per i quali è stato difficile sviluppare inibitori basati su piccole molecole convenzionali. Sono convinti che per almeno alcuni di questi bersagli si possano sviluppare peptidi ciclici somministrabili per via orale.

Altri collaboratori

Centro di FenoGenomica dell’EPFL

Riferimenti

Manuel L. Merz, Sevan Habeshian, Bo Li, Jean-Alexandre G. L. David, Alexander L. Nielsen, Xinjian Ji, Khaled Il Khwildy, Maury Duany Benitez, Phoukham Phothirath, Christian Heinis. Sviluppo de novo di piccoli peptidi ciclici biodisponibili per via orale. Nature Chemical Biology 28 dicembre 2023. DOI: 10.1038/s41589’023 -01496-y