30-31 марта проходит конфа МемРар по медхимии. Хотел поехать туда и поглядеть на уровень российских вузов. К сожалению, из-за ковидных ограничений не сложилось, но организаторы предоставили доступ по ссылке.
И знаете, хорошо, что не поехал. Похоже, у меня уж очень замылился глаз и я ожидал чего-то космического.
Хэдлайнер первого дня, Красавин, без иронии крутой чувак, но его работы, к сожалению, больше про классическую оргхимию, методы синтеза. Это не плохо, но далеко от современной медхимии. Другие работы были сильно хуже, особенно секции, где варили что-то и травили бактерек. Это не модно года так с 1960.
С другой стороны, это обнажает не то что бы отсталость российской медхимии, но, как минимум, парадигмальность мышления научруков, которым будет приятно варить одно и то же еще хоть лет двести.
Жду запись второго дня с вычхимией, с ней должно быть лучше.
И знаете, хорошо, что не поехал. Похоже, у меня уж очень замылился глаз и я ожидал чего-то космического.
Хэдлайнер первого дня, Красавин, без иронии крутой чувак, но его работы, к сожалению, больше про классическую оргхимию, методы синтеза. Это не плохо, но далеко от современной медхимии. Другие работы были сильно хуже, особенно секции, где варили что-то и травили бактерек. Это не модно года так с 1960.
С другой стороны, это обнажает не то что бы отсталость российской медхимии, но, как минимум, парадигмальность мышления научруков, которым будет приятно варить одно и то же еще хоть лет двести.
Жду запись второго дня с вычхимией, с ней должно быть лучше.
Hpk1
Серин/треониновые киназы это семейство ферментов, всего их около 125 от 500+ киназ в организме. Их основная задача - перенос фосфорного остатка с АТФ на серин/треониновый гидроксил. За счет этого происходит изменения в работе фосфорилированных белков, запускаются или останавливаются нижестоящие биологические цепочки. Чаще всего такие киназы ассоциированы с регуляцией клеточного цикла.
HPK1 (hematopoietic progenitor kinase 1) - член этого семейства. Она находится эксклюзивно в клетках, задействованных в кроветворении, гемопоэзе.
В случае активации HPK1 происходит снижение числа Т-клеток иммунитета, если их по тем или иным причинам стало слишком много, за счет T-cell receptor зависимого пути (более подробно про механизм поговорим в другой раз).
Причин для запуска негативной регуляции может быть много, от окислительного стресса и воспаления, до воздействия хемокинов и цитокинов.
У здорового человека с этим процессом проблем нет, однако, когда в терапевтических целях нужно активировать иммунный ответ, именно HPK1 может приводить к снижению эффективности такого лечения.
Ярким примером является терапия опухолевых заболеваний т.н. ингибиторами чекпоинтов (антитела к pd-1, pd-l1). За открытие этого подхода в 2018 Immune checkpoint inhibitors win the 2018 Nobel Prize - NCBI - NIH дали нобелевку. При всей инновационности этот подход далеко не идеален, потому что ответ на терапию наблюдается не у всех пациентов.
Но было установлено, что мыши, у которых отключен ген, кодирующий HPK1 не только не умирают, но и более эффективно поддаются лечению антителами, либо излечиваются самостоятельно(!).
Мишень открыта сравнительно давно, но изучена была довольно плохо. Однако на 2019-21 гг. приходится всплеск регистрации патентов на молекулы-ингибиторы HPK1. Начали появляться первые публикации, и даже набирается 1 фаза клиники. Это может говорить о том, что чюваки из бигфармы почувствовали профит.
А про то, как оно работает под капотом, и про те прикольные ингибиторы, которые уже опубликованы - расскажу в следующий раз)
https://dx.doi.org/10.1007/s12026-012-8319-1
#hpk1
Серин/треониновые киназы это семейство ферментов, всего их около 125 от 500+ киназ в организме. Их основная задача - перенос фосфорного остатка с АТФ на серин/треониновый гидроксил. За счет этого происходит изменения в работе фосфорилированных белков, запускаются или останавливаются нижестоящие биологические цепочки. Чаще всего такие киназы ассоциированы с регуляцией клеточного цикла.
HPK1 (hematopoietic progenitor kinase 1) - член этого семейства. Она находится эксклюзивно в клетках, задействованных в кроветворении, гемопоэзе.
В случае активации HPK1 происходит снижение числа Т-клеток иммунитета, если их по тем или иным причинам стало слишком много, за счет T-cell receptor зависимого пути (более подробно про механизм поговорим в другой раз).
Причин для запуска негативной регуляции может быть много, от окислительного стресса и воспаления, до воздействия хемокинов и цитокинов.
У здорового человека с этим процессом проблем нет, однако, когда в терапевтических целях нужно активировать иммунный ответ, именно HPK1 может приводить к снижению эффективности такого лечения.
Ярким примером является терапия опухолевых заболеваний т.н. ингибиторами чекпоинтов (антитела к pd-1, pd-l1). За открытие этого подхода в 2018 Immune checkpoint inhibitors win the 2018 Nobel Prize - NCBI - NIH дали нобелевку. При всей инновационности этот подход далеко не идеален, потому что ответ на терапию наблюдается не у всех пациентов.
Но было установлено, что мыши, у которых отключен ген, кодирующий HPK1 не только не умирают, но и более эффективно поддаются лечению антителами, либо излечиваются самостоятельно(!).
Мишень открыта сравнительно давно, но изучена была довольно плохо. Однако на 2019-21 гг. приходится всплеск регистрации патентов на молекулы-ингибиторы HPK1. Начали появляться первые публикации, и даже набирается 1 фаза клиники. Это может говорить о том, что чюваки из бигфармы почувствовали профит.
А про то, как оно работает под капотом, и про те прикольные ингибиторы, которые уже опубликованы - расскажу в следующий раз)
https://dx.doi.org/10.1007/s12026-012-8319-1
#hpk1
PubMed Central (PMC)
Immune checkpoint inhibitors win the 2018 Nobel Prize
The 2018 Nobel Prize in Physiology or Medicine was awarded to Tasuku Honjo and James Allison for their discoveries in cancer immunology. Professor Honjo was awarded due to his discovery of the programmed death molecule-1 (PD-1) on T cells. Professor Allison…
Мем в том, что морские губки - это один из самых богатых источников новых соединений. Химия их воистину чудна и разнообразна.
В частности, из них был выделен препарат Цитарабин, использующийся в терапии опухолей.
Но мем бы не был мемом, если бы морские биологи на этом остановились и не начали рожать по статье в день про новое сверхъестественно активное вещество от всех болезней.
В частности, из них был выделен препарат Цитарабин, использующийся в терапии опухолей.
Но мем бы не был мемом, если бы морские биологи на этом остановились и не начали рожать по статье в день про новое сверхъестественно активное вещество от всех болезней.
Рецептор эпидермального фактора роста, EGFR, это важная мишень в терапии немелкоклеточного рака легкого (NSCLC). Установлено, что в ходе активации рецептором сопряженной с ним тирозинкиназы активируются размножение, метастазирование, а также защитные механизмы опухолевых клеток. Таким образом, выключение тиразин киназы ингибиторами (TKI) входит в стандарты лечения.
Грустный кек в том, что в ходе терапии EGFR киназа очень быстро мутирует, приспосабливаясь к TKI. Мутация происходит в экзонах 19 и 20, что приводит к неэффективности препаратов 1 и 2 поколений в течение 9-15 месяцев (картинка внизу).
Препараты 3 поколения, например, осимертиниб, несут в своей структуре т.н. боеголовку, специальную функциональную группу, позволяющую необратимо, ковалентно, связаться с C797 в активном центре киназы. Но и к этим препаратам со временем развивается резистентность путем замены цистеина. Исход в таком случае однозначен. В клинике не существует эффективного лечения для EGFR TripleMutant (TM) положительных опухолей.
Грустный кек в том, что в ходе терапии EGFR киназа очень быстро мутирует, приспосабливаясь к TKI. Мутация происходит в экзонах 19 и 20, что приводит к неэффективности препаратов 1 и 2 поколений в течение 9-15 месяцев (картинка внизу).
Препараты 3 поколения, например, осимертиниб, несут в своей структуре т.н. боеголовку, специальную функциональную группу, позволяющую необратимо, ковалентно, связаться с C797 в активном центре киназы. Но и к этим препаратам со временем развивается резистентность путем замены цистеина. Исход в таком случае однозначен. В клинике не существует эффективного лечения для EGFR TripleMutant (TM) положительных опухолей.
К счастью, современная медицинская химия не грустит по таким поводам, а ищет и находит решения.
Так, товарищи из очень древней и сложнопроизносимой немецкой компании Boehringer Ingelheim, опубликовали крайне активный в отношении тройного мутанта (0,2 нм) кандидат
Стартовой точкой проекта стала библиотека из киназных ингибиторов, полученных из прошлых проектов. 1826 молекул были выбраны по критерию селективности на панели из 30 киназ, содержали <34 тяжелых атомов или были хорошо растворимы при pH 6.8. Первым делом, полученный хит был закристаллизован с мутантной киназой, чтобы определить его способ связывания и, соответственно, направление последующей оптимизации.
Работа началась с хитового бензимидазола, соединенного через амидную связь с бензолом. Бензол же в мета-положении замещен еще одним ароматическим кольцом. Первое, на что обратили внимание авторы - это взаимное расположение двух ароматических колец. В кристалле угол был 40°, необходимый для взаимодействия ароматики с лизином, что позволило сформулировать гипотезу о новых заместителях, поддерживающих эту фичу. Посчитали квантами конформации с наименьшими энергиями, выбрали наиболее подходящие под то, что вышло в кристалле и на этом основании продолжили синтез. Полученный кандидат с бензолом был уже значительно более активным и селективным, как на киназе, так и на клетках. Вырастили еще кристалл и увидели, что селективность скорее всего связана с тем, что убиралась “лишняя” водородная связь, карману связывания вполне достаточно просто наличие ароматического кольца. Другим, удовлетворяющим условия, Ar кольцом был N-метил пиразол.
Расположение функциональных групп натолкнуло авторов на то, что неплохо бы сделать из молекулы макроцикл, соединив азот в бензимидазоле с бензолом/пиразолом. После исследования огромного числа различных линкеров, оставили длинную, 5 углеродных атомов, цепочку, соединенную с ароматикой через кислородный мостик. Выращенный кристалл подтвердил вычислительную гипотезу, что конформация в макроцикле остается примерно такой же (~40°). Полученная, предфинальная, молекула с пиразолом имела активность <1 nM на EGFR TM и <1 nM на BaF3 клеточной линии. Из минусов - она была не очень хорошо растворима.
Финальным же аккордом стал поиск участка, за счет которого можно повысить растворимость, а следовательно и избежать многих проблем с фармакокинетическим профилем. После длительного подбора комбинаций, остановились на метилпиперазине, соединенном с бензимидазолом через метиленовый мостик.
Финальная молекула обладает субнаномолярной активностью, достаточной растворимостью, и потенциально может стать отличным препаратом в терапии NSCLC.
Так, товарищи из очень древней и сложнопроизносимой немецкой компании Boehringer Ingelheim, опубликовали крайне активный в отношении тройного мутанта (0,2 нм) кандидат
Стартовой точкой проекта стала библиотека из киназных ингибиторов, полученных из прошлых проектов. 1826 молекул были выбраны по критерию селективности на панели из 30 киназ, содержали <34 тяжелых атомов или были хорошо растворимы при pH 6.8. Первым делом, полученный хит был закристаллизован с мутантной киназой, чтобы определить его способ связывания и, соответственно, направление последующей оптимизации.
Работа началась с хитового бензимидазола, соединенного через амидную связь с бензолом. Бензол же в мета-положении замещен еще одним ароматическим кольцом. Первое, на что обратили внимание авторы - это взаимное расположение двух ароматических колец. В кристалле угол был 40°, необходимый для взаимодействия ароматики с лизином, что позволило сформулировать гипотезу о новых заместителях, поддерживающих эту фичу. Посчитали квантами конформации с наименьшими энергиями, выбрали наиболее подходящие под то, что вышло в кристалле и на этом основании продолжили синтез. Полученный кандидат с бензолом был уже значительно более активным и селективным, как на киназе, так и на клетках. Вырастили еще кристалл и увидели, что селективность скорее всего связана с тем, что убиралась “лишняя” водородная связь, карману связывания вполне достаточно просто наличие ароматического кольца. Другим, удовлетворяющим условия, Ar кольцом был N-метил пиразол.
Расположение функциональных групп натолкнуло авторов на то, что неплохо бы сделать из молекулы макроцикл, соединив азот в бензимидазоле с бензолом/пиразолом. После исследования огромного числа различных линкеров, оставили длинную, 5 углеродных атомов, цепочку, соединенную с ароматикой через кислородный мостик. Выращенный кристалл подтвердил вычислительную гипотезу, что конформация в макроцикле остается примерно такой же (~40°). Полученная, предфинальная, молекула с пиразолом имела активность <1 nM на EGFR TM и <1 nM на BaF3 клеточной линии. Из минусов - она была не очень хорошо растворима.
Финальным же аккордом стал поиск участка, за счет которого можно повысить растворимость, а следовательно и избежать многих проблем с фармакокинетическим профилем. После длительного подбора комбинаций, остановились на метилпиперазине, соединенном с бензимидазолом через метиленовый мостик.
Финальная молекула обладает субнаномолярной активностью, достаточной растворимостью, и потенциально может стать отличным препаратом в терапии NSCLC.
ACS Publications
Start Selective and Rigidify: The Discovery Path toward a Next Generation of EGFR Tyrosine Kinase Inhibitors
The epidermal growth factor receptor (EGFR), when carrying an activating mutation like del19 or L858R, acts as an oncogenic driver in a subset of lung tumors. While tumor responses to tyrosine kinase inhibitors (TKIs) are accompanied by marked tumor shrinkage…
К слову о “допиливании растворимости” и той опубликованной выжимке от всего масштаба работ, которую авторы проделали. Только по одному положению изучили несколько десятков близких по структуре заместителей, можно глянуть в патенте.
Из статей обычно это не заметно, но работа по оптимизации каждого свойства проделывается колоссальная, варятся сотни соединений, проводятся тысячи и тысячи тестов.
Из статей обычно это не заметно, но работа по оптимизации каждого свойства проделывается колоссальная, варятся сотни соединений, проводятся тысячи и тысячи тестов.
Неоспоримый факт, что практически все лекарственные молекулы на рынке имеют (хотя бы одно) ароматические кольца в структуре. В киназных ингибиторах их число стремится к 3. Разработаны десятки и сотни синтетических методов для получения всевозможных комбинаций заместителей в ароматических системах (Хеки, Судзуки и прочие громкие фамилии).
Тем не менее, каждый бензол или пиридин делает довольно значительный вклад в липофильность, снижает растворимость, а также снижает вероятность выхода на рынок. Статистически значимо возрастание ингибирования ключевой изоформы цитохрома P450 3A4. Не менее важен факт, что с увеличением числа Ar возрастает вероятность hERG токсичности.
Таким образом, медицинским химикам стоит смотреть в сторону ограничения числа ароматических колец в своих прекрасных молекулах.
Статья
Тем не менее, каждый бензол или пиридин делает довольно значительный вклад в липофильность, снижает растворимость, а также снижает вероятность выхода на рынок. Статистически значимо возрастание ингибирования ключевой изоформы цитохрома P450 3A4. Не менее важен факт, что с увеличением числа Ar возрастает вероятность hERG токсичности.
Таким образом, медицинским химикам стоит смотреть в сторону ограничения числа ароматических колец в своих прекрасных молекулах.
Статья
О систематической ошибке выжившего в дизайне лекарств
Наверняка все из читающих слышали историю про модификации британских истребителей времен Второй Мировой, когда инженеры укрепляли дырявые участки, обращая внимание только на вернувшиеся самолеты до тех пор, пока не поняли, что нужно дорабатывать броню в абсолютно других местах. Этот феномен получил название «систематическая ошибка выжившего», так как вернувшийся самолет априори вытянул счастливый билеты и не получил попаданий в уязвимые зоны.
Казалось бы, науке всегда нужно учиться на своих или чужих ошибках. Сама суть науки заключается в накоплении, передаче, распространении и обсуждении знаний. Тем не менее, каждый причастный к науке специалист в своей карьере задавался очевидным вопросом: почему не публикуются отрицательные результаты, неудавшиеся эксперименты и прочие провалы?
И правда, мы не видим статей в крупных и цитируемых журналах, как кто-нибудь ставил раз за разом химическую реакцию, а она не шла; как засовывали векторы в клетки, а они ничего не экспрессировали и тд. Можно долго рассуждать об этом, если интересно, то эту проблему в науке уже обсуждали здесь, здесь или здесь.
Вряд ли кто-то удивится, что абсолютно такая же ситуация происходит и в бигфарме. Автор довольно успешной книги Bad Pharma, Ben Goldacre, рассказывает о том, как фармкомпании скрывают результаты провальных клинических исследований, публикуют минимум информации об их ходе, чтобы не падать в грязь лицом. Книга призывает разработчиков и менеджеров к прозрачности.
Но напомню вам, что клинические исследования - это ключевая, дорогостоящая, но, все же, вершина айсберга. Так, на разработку лекарственного препарата, согласно исследованиям WSJ, уходит, в среднем, $802 миллиона, из которых $335 миллионов - это расходы на доклинические исследования, что включает в себя все этапы от поиска хита и до исследований на животных. Сколько же информации об этих этапах не выходит за пределы фармгигантов с офисами в Калифорнии или Кембридже?
На бумаге - формула лекарственной молекулы выглядит крайне просто, набор углеродов, азотов и прочих гетероатомов. Тем не менее, каждая, даже самая минимальная, модификация может стоить часов или даже месяцев работы (я упоминал об этом в одном из предыдущих постов). Но, даже потратив на синтез и аналитику демоническое количество времени и ресурсов, исследовательская команда может столкнуться с тем, что их работа будет положена на полку.
Так, например, на данный момент в реаксисе 165 патентов Jak1 ингибиторов. Jak-STAT путь - это довольно простой и хорошо изученный механизм, нарушения в котором приводят к целому ряду заболеваний воспалительного и онкологического характера. Jak-ингибиторы, в свою очередь, около 10 лет назад стали прорывом в терапии ревматоидного артрита, а сейчас на рынке существует 2 селективных Jak1-ингибитора и несколько не селективных, например, самый старый препарат из этой линейки - тофацитиниб. В тех 165 патентах есть данные по ~13600 молекулам, обладающим исследованной активностью в отношении Jak1. Если немного прикинуть, то получится, что от общего числа исследований лишь ~2% стало в итоге успешными и достигли желаемой цели, а три препарата - это примерно ~0.02% от всех охарактеризованных молекул.
Патенты и статьи по этой мишени выходят до сих пор, хотя ситуация напоминает старую историю с Suvaldi и Incivek, когда супер препарат от гепатита С выбил уже существующий. Тогда, на фоне этой истории были сокращены целые отделы, занимавшиеся разработкой аналогичных молекул в других крупных компаниях, а убытки составили миллиарды $.
Наверняка все из читающих слышали историю про модификации британских истребителей времен Второй Мировой, когда инженеры укрепляли дырявые участки, обращая внимание только на вернувшиеся самолеты до тех пор, пока не поняли, что нужно дорабатывать броню в абсолютно других местах. Этот феномен получил название «систематическая ошибка выжившего», так как вернувшийся самолет априори вытянул счастливый билеты и не получил попаданий в уязвимые зоны.
Казалось бы, науке всегда нужно учиться на своих или чужих ошибках. Сама суть науки заключается в накоплении, передаче, распространении и обсуждении знаний. Тем не менее, каждый причастный к науке специалист в своей карьере задавался очевидным вопросом: почему не публикуются отрицательные результаты, неудавшиеся эксперименты и прочие провалы?
И правда, мы не видим статей в крупных и цитируемых журналах, как кто-нибудь ставил раз за разом химическую реакцию, а она не шла; как засовывали векторы в клетки, а они ничего не экспрессировали и тд. Можно долго рассуждать об этом, если интересно, то эту проблему в науке уже обсуждали здесь, здесь или здесь.
Вряд ли кто-то удивится, что абсолютно такая же ситуация происходит и в бигфарме. Автор довольно успешной книги Bad Pharma, Ben Goldacre, рассказывает о том, как фармкомпании скрывают результаты провальных клинических исследований, публикуют минимум информации об их ходе, чтобы не падать в грязь лицом. Книга призывает разработчиков и менеджеров к прозрачности.
Но напомню вам, что клинические исследования - это ключевая, дорогостоящая, но, все же, вершина айсберга. Так, на разработку лекарственного препарата, согласно исследованиям WSJ, уходит, в среднем, $802 миллиона, из которых $335 миллионов - это расходы на доклинические исследования, что включает в себя все этапы от поиска хита и до исследований на животных. Сколько же информации об этих этапах не выходит за пределы фармгигантов с офисами в Калифорнии или Кембридже?
На бумаге - формула лекарственной молекулы выглядит крайне просто, набор углеродов, азотов и прочих гетероатомов. Тем не менее, каждая, даже самая минимальная, модификация может стоить часов или даже месяцев работы (я упоминал об этом в одном из предыдущих постов). Но, даже потратив на синтез и аналитику демоническое количество времени и ресурсов, исследовательская команда может столкнуться с тем, что их работа будет положена на полку.
Так, например, на данный момент в реаксисе 165 патентов Jak1 ингибиторов. Jak-STAT путь - это довольно простой и хорошо изученный механизм, нарушения в котором приводят к целому ряду заболеваний воспалительного и онкологического характера. Jak-ингибиторы, в свою очередь, около 10 лет назад стали прорывом в терапии ревматоидного артрита, а сейчас на рынке существует 2 селективных Jak1-ингибитора и несколько не селективных, например, самый старый препарат из этой линейки - тофацитиниб. В тех 165 патентах есть данные по ~13600 молекулам, обладающим исследованной активностью в отношении Jak1. Если немного прикинуть, то получится, что от общего числа исследований лишь ~2% стало в итоге успешными и достигли желаемой цели, а три препарата - это примерно ~0.02% от всех охарактеризованных молекул.
Патенты и статьи по этой мишени выходят до сих пор, хотя ситуация напоминает старую историю с Suvaldi и Incivek, когда супер препарат от гепатита С выбил уже существующий. Тогда, на фоне этой истории были сокращены целые отделы, занимавшиеся разработкой аналогичных молекул в других крупных компаниях, а убытки составили миллиарды $.
В большинстве случаев мы можем наблюдать лишь истории успеха. Концерны охотно расскажут вам в статье о своей гениальной стратегии дизайна, про то как за 20 молекул и 3 гипотезы был получен селективный, активный и биодоступный препарат. Так ли это на самом деле? Вряд ли. Можно лишь гадать, почему фармкомпании не любят рассказывать о своих провалах, но напрашивается предположение, что это происходит из-за необходимости держать репутацию. Не редки и просчеты в менеджменте, и нежелание признавать свои собственные ошибки, так, например, в статье (советую ее прочитать отдельно, так как именно она вдохновила на этот материал) рассказывают про некую UK-based pharmaceutical company, где сотрудники не имеют права высказывать что-либо поперек, даже если решения очевидно неверные. Заведомо провальные проекты длятся годами, а люди тратят на это свои карьеры.
Справедливости ради, иногда мы можем проследить за тем, как провал в достижении требуемых характеристик вынуждал разработчиков менять направление и в итоге оборачивался чем-то вроде успеха. Я как-то разбирал подобный кейс про PI3K ингибитор.
Практикующему медицинскому химику важно понимать, что неудачи и работа в стол неизбежны и являются, по факту, частью его работы. Требуется огромная мотивация, чтобы находить в себе силы и не бросать по этой причине дело, которому многие из вас (и нас) посвящают свою жизнь. Мы здесь, чтобы находить что-то крутое и неожиданное, потому что это весело. Не так ли?
#мысливслух
Справедливости ради, иногда мы можем проследить за тем, как провал в достижении требуемых характеристик вынуждал разработчиков менять направление и в итоге оборачивался чем-то вроде успеха. Я как-то разбирал подобный кейс про PI3K ингибитор.
Практикующему медицинскому химику важно понимать, что неудачи и работа в стол неизбежны и являются, по факту, частью его работы. Требуется огромная мотивация, чтобы находить в себе силы и не бросать по этой причине дело, которому многие из вас (и нас) посвящают свою жизнь. Мы здесь, чтобы находить что-то крутое и неожиданное, потому что это весело. Не так ли?
#мысливслух