Нанокапли ускорят поиск новых лекарств

Объем каждой капли составляет 200 нанолитров, что позволяет проводить до 1000 экспериментов на одном чипе. Размер и количество можно дополнительно настраивать. Автор: Лиана Бауэр, KIT

До сих пор начальная фаза поиска лекарственных средств для разработки новых терапевтических препаратов была как затратной по времени, так и дорогостоящей. Исследователи из KIT (Карлсруэский технологический институт) разработали платформу, на которой можно размещать сверхминиатюрные нанокапли объемом всего 200 нанолитров на каплю — сравнимые с песчинкой — и содержащие всего 300 клеток на тест.

Эта платформа позволяет исследователям синтезировать, характеризовать и тестировать тысячи терапевтических агентов на одном чипе, экономя время и ресурсы. Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie.

В настоящее время поиск лекарственных средств для новых терапевтических агентов опирается на высокопроизводительные скрининги, которые включают отдельные, ресурсоемкие этапы синтеза, биологического тестирования и характеристики новых активных веществ. Этот метод, как правило, осуществим только в крупных фармацевтических компаниях, занимает несколько лет разработки, требует затрат в сотни миллионов евро (~9 млрд рублей) и большого количества сырья.

«В частности, академические и небольшие промышленные исследовательские институты не могут мобилизовать эти ресурсы», — говорит профессор Павел Левкин из Института биологических и химических систем (IBCS) KIT. «Наша технология устраняет этот барьер и может открыть двери для многих других участников, чтобы внести вклад в открытие лекарств».

Капли в 1000 раз меньше в экспериментальных условиях

Чтобы ускорить поиск лекарств для терапии рака, исследователи из отдела биофункциональных материалов под руководством Левкина разработали интегрированную платформу нанокапельных массивов. «Она объединяет ранее разделенные процессы разработки новых противораковых препаратов на одном чипе — с использованием единого миниатюризированного рабочего процесса», — говорит Левкин.

Ученым удалось уменьшить масштаб экспериментов в 1000 раз, то есть с микролитрового до нанолитрового диапазона. «Благодаря нашему подходу «прямо в биологию», при котором проводятся прямые биологические тесты синтезированных молекул без предварительной подготовки, мы можем drastically сократить время и ресурсы, затрачиваемые на синтез и скрининг, используя всего 200 нанолитров на каплю и 300 клеток для каждого теста — по объему сравнимых с песчинкой», — объясняет Левкин.

Исследователи синтезировали и протестировали различные потенциальные ингибиторы MEK (ингибиторы митоген-активируемой протеинкиназы) — агенты, которые блокируют фермент MEK, участвующий в развитии различных типов рака, таких как рак кожи и рак толстой кишки.

Один известный ингибитор MEK, мирдаметиниб, уже используется для лечения редких, неоперабельных опухолей. На основе его молекулярной структуры исследовательская группа создала библиотеку потенциальных новых ингибиторов MEK. «Используя новый метод нанокапель, мы произвели 325 потенциальных ингибиторов MEK всего за семь дней — и обнаружили, что 46 из них работают так же хорошо, как мирдаметиниб, в лабораторных тестах», — говорит Левкин.

Клеточные тесты в миниатюрном формате

Исследователи изучили активность вновь произведенных молекул с использованием живых клеток. «В этом процессе мы исследовали жизнеспособность линии клеток рака толстой кишки HT-29, которая уязвима для ингибиторов MEK», — говорит Лиана Бауэр, докторант IBCS-FMS и ведущий автор опубликованного исследования.

Для характеристики молекул команда использовала метод MALDI-MSI (матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация — масс-спектрометрическая визуализация). Эта технология позволяет исследователям анализировать химический состав образцов и визуализировать их пространственное распределение. Анализ проводился в cooperation с исследовательской группой под руководством профессора Карстена Хопфа из Центра масс-спектрометрии и оптической спектроскопии (CeMOS) в TH Mannheim (Университет прикладных наук).

С помощью нового массива стало возможным проанализировать все 325 продуктов в трех повторностях, всего 975 отдельных образцов, непосредственно на чипе. «Мы смогли показать, что этот метод также работает в чрезвычайно малом масштабе с нанокаплями», — поясняет Бауэр.

Объединяя синтез молекул, тестирование и анализ на единой платформе, новый подход может сделать высокопроизводительный поиск лекарств более доступным для академических лабораторий и небольших биотехнологических компаний. «Это большой шаг к более быстрому, дешевому и эффективному открытию urgently необходимых новых лекарств», — говорит Левкин.

ИИ: Это действительно прорывная технология, которая может демократизировать фармацевтические исследования. В 2025 году, когда потребность в новых лекарствах только растет, такие инновации особенно ценны.