Технологии

Нами создана оригинальная технология разработки новых химических соединений, основанная на численных методах, органическом синтезе, измерении их биологической активности и тестировании на подопытных животных. Основная характерная особенность данной технологии – тщательный и максимально корректный контроль любой экспериментальной деятельности численными методами с мгновенной обратной связью.

Современный подход к разработке новых лекарств заключается в понимании механизма болезни, определении белка-цели, участвующего в химических превращениях, связанных с этой болезнью, и блокировании этого белка-цели с помощью химического вещества – лекарства. Для того чтобы вещество блокировало белок-цель, оно должно провзаимодействовать с этим белком – заингибировать его. Степень взаимодействия определяется константой ингибирования, чем она меньше, тем лучше. У современных лекарств константа ингибирования обычно меньше 100нM (нано Моль).

Синтез новых химических веществ – потенциальных лекарств – очень дорогой процесс и далеко не всякое вещество ингибирует заданный белок-цель. Поэтому возникает необходимость предсказывать теоретически или численно константу ингибирования любых веществ для заданного белка-цели. Правильное теоретическое предсказание может существенным образом сэкономить как время, так и деньги в процессе разработки новых лекарств.

Проведенные нами исследования показали, что на сегодняшний день точность известных методов предсказания констант ингибирования в несколько порядков не очень подходит для успешного поиска вещества с хорошей биологической активностью. По этим причинам нами были разработаны собственные, оригинальные методы предсказания взаимодействия молекул с белками. Основная идея этих методов заключается в комбинировании методов, основанных на физических моделях, и методов, использующих данные экспериментов. На начальном этапе поиска новых лекарств используется метод, основанный на физических моделях, и, по мере синтеза и измерения биологической активности синтезируемых веществ, при дальнейшем накоплении экспериментальных данных в процессе работы, эти данные применяются для коррекции физической модели с целью улучшения ее предсказательной способности. Что существенным образом отличает наш метод от всех известных других, так это то, что для тренировки он использует не только положительные результаты (когда вещества являться активными), но и отрицательные (когда вещества не являются активными) в одинаковой мере. Проведенные нами численные эксперименты, показали, что данный подход позволяет существенным образом повысить точность предсказания констант ингибирования.

Наши численные методы, разработанные для предсказания взаимодействия молекул с белками, реализованы в виде программ и некоторая часть этих методов распространяется в свободном доступе в виде программы ScoreL 1.0.

Количество химических веществ - потенциальных лекарств 35! = 1040 – это колоссальное число! Количество известных отсинтезированных веществ – всего лишь около 108, что значительно меньше количества потенциальных лекарств. Поэтому для успешного поиска биологически активных веществ необходимо синтезировать новые соединения. Однако химический синтез - чрезвычайно дорогое мероприятие. По этой причине мы разработали такой подход к поиску лекарств, когда возможности химического синтеза непосредственным образом учитываются в теоретических и численных расчетах. Для заданного белка-цели и потенциального лекарства выбирается наиболее оптимальная схема синтеза с учетом ее стоимости и целесообразности и проводится теоретические вычисления в рамках этой схемы, что существеннейшим образом позволяет экономить время и деньги.

Наша экспериментальная лаборатория оснащена оборудованием, необходимым для органического синтеза и очистки веществ. В настоящее время мы владеем следующими методами синтеза:

  1. нуклеофильное замещение у ароматического и алифатического атомов углерода (в том числе формирование амидной связи);
  2. электрофильное замещение у ароматического атома углерода;
  3. реакция образования двойной С=С связи;
  4. элементоорганической синтез: фосфорорганический (методика фосфорилирования, синтез трифосфатов), серосодержащие соединения;
  5. формирование С-С связей с помощью металлоорганических реагентов (реактив Гриньяра);
  6. синтез гетероциклических соединений;
  7. реакции окисления и восстановления (например, сложные эфиры в спирты, нитрогруппу в аминогруппу, азиды в аминогруппу), а также другие модификации функциональных групп.

Для измерения биологической активности химических соединений, потенциальных лекарств-антикоагулянтов «in vitro» (в пробирке) мы закупили необходимое оборудование и реагенты, а так же освоели методика измерения.
На базе Российского кардиологического научно-производственного комплекса мы организовали доклинические испытания антикоагулянтов на лабораторных крысах линий Wistar-Kyoto (WKY) и/или Spontaneously hypertensive rats (SHR).

По результатам проведенных нами исследований поданы две заявки на получение патента:

  1. “Method for selecting potential medicinal compounds” (WO/2006/110064) – переведена на национальную фазу в США.
  2. “Method of determination of protein ligand binding and of the most probable ligand pose in protein binding site” (WO/2008/127136)

Опубликована статья:

  • Tarasov D.N., Tovbin D.G., "How sophisticated should a scoring function be to ensure successful docking, scoring and virtual screening?" Journal of Molecular Modeling, 2009 (15) 329-341.