Использование широко распространенного типа клеточного мессенджера показывает перспективность ранних экспериментальных исследований в качестве рутинного способа отбора проб и мониторинга реакции организма на воздействие рецептурных лекарств.
Эксперименты под руководством Университета Пердью успешно выделили ферменты, метаболизирующие лекарства, из внеклеточных везикул (ВВ), которые широко секретируются по всему организму для клеточной коммуникации.
«Электронные электромобили участвуют практически во всех видах деятельности, о которых только можно подумать», — сказал Энди Тао из Purdue, профессор биохимии. Эти действия включают транспортировку метаболических ферментов, образующихся при взаимодействии лекарств в печени.
Тао и его коллеги начали разработку запатентованного метода EV для обнаружения белков, участвующих в всасывании , распределении, метаболизме и выведении лекарств (ADME). «В случае успеха это будет чрезвычайно полезно, особенно для компаний, занимающихся разработкой лекарств», — сказал Тао.
Тао и 10 соавторов из детской исследовательской больницы Пердью и Св. Джуда в Мемфисе, штат Теннесси, опубликовали подробности своего метода в PNAS Nexus . Ведущими авторами выступили выпускник Purdue Сяофэн Ву и Менчус Цюань, аспирант Purdue в области биологических наук.
По словам Тао и его соавторов, этот метод может также использоваться для мониторинга метаболических показателей пациента и того, как лекарства взаимодействуют друг с другом. Оба являются ключевыми аспектами персонализированной медицины.
Центры по контролю и профилактике заболеваний сообщили, что еще в 2018 году четверо из 10 американцев в возрасте 65 лет и старше принимали как минимум пять рецептурных лекарств. Половина или более лекарств метаболизируются одним и тем же ферментом , отметил Тао. Одно лекарство может взаимодействовать с другим лекарством, влияя на активность фермента. Такое вмешательство может сделать один препарат менее эффективным, чем другой.
Стандартная практика может диктовать, что обычному человеку следует принимать две таблетки определенного лекарства в день. Но реакция и эффективность могут сильно различаться в зависимости от человека, отметил Тао, добавив: «И у нас нет хорошего способа это контролировать».
Электромобили уже разрабатываются для неинвазивного раннего выявления заболеваний. Тао и его коллеги внесли свой вклад в эти усилия, разработав метод, который может выявить признаки болезни Паркинсона в образцах мочи .
В этой работе участвовали три выпускника Purdue и соавторы статьи: Ву, ныне старший научный сотрудник Pfizer; Марко Хадисурия, специалист по протеомике и биоинформатике в области биохимии в Purdue; и Антон Илюк, президент и главный технический директор дочерней компании Purdue Tymora Analytical Operations из Вест-Лафайета.
Электромобили могут помочь организациям, занимающимся открытием и разработкой лекарств, соблюдать федеральные требования к отчетности. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов требует от организаций сообщать, насколько хорошо метаболические ферменты и другие белки, участвующие в ADME, реагируют на их продукты.
В документе отмечается, что «в клинических сценариях для обнаружения белка ADME в реальном времени по-прежнему не хватает эффективных аналитических методов для точной оценки эффективности препарата и токсичности для каждого пациента».
Технология EVtrap использует магнитные шарики для быстрого выделения и идентификации больших количеств белков из внеклеточных везикул, которые клетки используют в своих системах молекулярной доставки. Фото: Tymora Analytical Operations.
Клетки печени метаболизируют большинство лекарств, объяснил Тао. Основной группой метаболических ферментов, участвующих в этом процессе, являются ферменты цитохрома P450 человека. «Почти 80% наших лекарств метаболизируются этой группой ферментов», — сказал он.
Исследователи проверили свою способность обнаруживать два метаболических фермента, вырабатываемых у мышей, которые соответствуют аналогичным ферментам у людей, после лечения их двумя широко используемыми препаратами. Один из ферментов соответствовал P450 у человека.
Одним из протестированных препаратов был рифампицин, антибиотик, хорошо известный тем, что вызывает сильную реакцию белков P450. Другим был дазатиниб, препарат для химиотерапии лейкемии, который выпускник Purdue и соавтор статьи Цзюнь Ян изучает в своей лаборатории в детской исследовательской больнице Св. Джуда.
Анализ ЭВ из образцов крови на предмет метаболизма лекарств представляет собой сложную задачу, поскольку ЭВ, содержащиеся в образцах, могли происходить из самых разных органов. Исследователи предпочли бы видеть ЭВ, которые в основном секретируются клетками печени , но на их долю приходится лишь небольшой процент образцов крови.
«Это чрезвычайно сложная проблема и очень шумная, если вы используете ее в качестве источника для измерений. Чувствительность является ключевым моментом», — сказал Тао.
Команда применила два отдельных метода для более чувствительного обнаружения ЭВ печени. Одной из них была технология полного восстановления и очистки электромобилей (EVtrap), соавтором которой является Тао. Технология помогает более эффективно изолировать электромобили, содержащие P450 и другие метаболические ферменты. Другим был метод масс-спектрометрии, который точно измеряет тонкие изменения в белковом составе тестируемых образцов.
«Если у вас нет эффективного способа выделения электромобилей и эффективного способа измерения метаболических ферментов P450 в электромобилях, вы не получите результата», — сказал Тао. «Понятно, почему эта проблема не была решена в фармацевтической сфере».
Однако Тао и его коллегам удалось количественно оценить 34 белка, участвующих в процессе ADME. Они обнаружили повышенные уровни двух белков в ЭВ плазмы мыши, которые имеют человеческие аналоги, что является ответом на ежедневные дозы рифампицина. В меньшей степени исследователи также зафиксировали повышение уровня одного из этих белков в ответ на дазатиниб.
«Стратегия продемонстрировала возможность обнаружения маркеров ADME для мониторинга конкретных лекарств с помощью жидкой биопсии», — сообщили авторы в своей статье.
