ZESPÓŁ AUTORSKI

Instytut Chemii Bioorganicznej Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu

Dr Joanna Romanowska - kierownik zespołu autorskiego
Mgr Justyna Gołębiewska
Mgr Marta Rachwalak
Mgr Tomasz Jakubowski
Mgr Aleksandra Dąbrowska

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Przypadek HIV jest wyjątkowo trudnym celem dla chemioterapii, dlatego naukowcy stale intensywnie poszukują nowych leków, prowadząc równocześnie intensywne badania nad ulepszeniem leków już istniejących. Do tej pory nie udało się wynaleźć leku czy szczepionki powodującego eliminację wirusa z organizmu. Liczba zakażeń wirusem HIV wolno, lecz stale rośnie w konsekwencji czego rośnie także liczba chorych z zespołem AIDS. Dotyczy to szczególnie rejonów świata, gdzie profilaktyka medyczna nie dociera, lub z innych względów nie może być stosowana. W obecnej sytuacji epidemiologicznej nowe leki są absolutnie konieczne.

Wynalazek dotyczy pro-nukleotydów (tzn. pro-leków), związków, które po chemicznych lub/i enzymatycznych przemianach w organizmie uwalniają aktywne nukleotydy (leki) wywołujące pożądany efekt terapeutyczny. Badane przez nas analogi nukleotydów nowej generacji, zawierają w swej strukturze, oprócz standardowego w tej grupie pro-leków antywirusowego analogu nukleozydu (AZT), resztę difosforanową posiadającą modyfikacje heteroatomem (siarką lub selenem) zlokalizowaną w pozycji α-P czy β-P. Zastąpienie atomu tlenu atomami siarki lub selenu ma na celu zwiększenie trwałości i lipofilowości otrzymanych związków, przez co są one stabilne do czasu wniknięcia do wnętrza komórki a jednocześnie zdolne do pokonywania błon komórkowych. Obecność reszty difosforanowej w strukturze zaprojektowanych przez nas pro-leków, daje szansę przyspieszyć efekt terapeutyczny poprzez łatwiejsze tworzenie się leku - aktywnego biologicznie nukleozydo 5’ -trifosforanu, hamującego namnażanie wirusowego RNA.

Związki te zostały przebadane pod względem właściwości chemicznych, fizykochemicznych i biologicznych. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzamy, że pro-leki będące przedmiotem wynalazku posiadają niezwykle korzystne parametry anty-HIV. Związki te nie są cytotoksyczne i silnie hamują namnażanie ludzkiego wirusa niedoboru odporności (HIV), co czyni je atrakcyjnymi kandydatami jako leki antywirusowe.

ISTOTA WYNALAZKU

Istotą wynalazku są nukleozydo 5’-difosforany, projektowane jako pro-nukleotydy, które otwierają nowy potencjał terapeutyczny, jako innowacyjne pro-leki przeciwwirusowe. Uszczegóławiając, wynalazek dotyczy siarkowych lub selenowych analogów nukleozydo 5’-difosforanów stanowiących nową grupę antywirusowych pochodnych nukleotydowych. Przez obecność w ich strukturze heteroatomów (siarki lub selenu), zaprojektowane i otrzymane związki wykazują wyższą lipofilowość (łatwość pokonywania błon komórkowych) i wyższą trwałość, co potencjalnie umożliwia dotarcie naszych związków do miejsca ich działania wewnątrz komórki (załącznik nr 3).

W ciągu ostatnich trzydziestu lat poznano mechanizm zakażania oraz cykl życiowy HIV, co umożliwiło projektowanie leków przeciwwirusowych ukierunkowanych na konkretne cele molekularne. Jednym z nich jest odwrotna transkryptaza (HIV RT) przepisująca wirusowy materiał genetyczny- RNA na cDNA, który integruje się z DNA gospodarza i stanowi matrycę do wytwarzania potomnych kopii RNA wirusa. W związku z tym, przerwanie procesu transkrypcji hamuje replikację HIV i zapobiega rozwojowi AIDS. Zgodnie z tą strategią zaprojektowano szereg analogów nukleozydów, skutecznie blokujących rozprzestrzenianie się HIV. Spośród nich kilka, jak np. 3’-azydo-3’-deoksytymidyna (AZT, Retrovir®), jest obecnie stosowanych w leczeniu AIDS. Antywirusowe analogi nukleozydów są pro-lekami, gdyż osiągają aktywność biologiczną dopiero po przebyciu ścieżki metabolicznej kolejnych fosforylacji do odpowiednich mono-, di- i w końcu do trifosforanów. Najistotniejszym etapem jest pierwsza fosforylacja z udziałem enzymu- kinazy nukleozydowej do nukleozydo 5’-monofosforanów. Okazało się, że w niektórych komórkach występuje niedobór aktywności kinazy tymidynowej (komórki TK-) lub, że niektóre obiecujące analogi nukleozydów (np. ddU, d4T) nie są dobrymi substratami dla tych enzymów i nie mogą być przekształcane w odpowiednie 5’-fosforany, przez co nie posiadają wartości terapeutycznej.

W celu ominięcia tego kluczowego etapu aktywacji pro-leku, powstała idea pro-nukleotydów, wg której komórki zarażone HIV traktowane są już ufosforylowanymi nukleozydami, których reszta fosforanowa jest odpowiednio maskowana. Po wniknięciu do komórki z pro-nukleotydu usuwane są grupy maskujące i uwolniony zostaje nukleotyd, fosforylowany następnie przez kinazy nukleotydowe do nukleozydo 5’-trifosforanu, który jest właściwym inhibitorem syntezy wirusowego RNA. Ze względu na ominięcie etapu aktywacji nukleozydu zależnego od enzymów komórkowych, pro-nukleotydy nazywane są pro-lekami drugiej generacji. Jednakże wydawałaby się prosta koncepcja pro-nukleotydów, w rzeczywistości nie jest łatwa w realizacji. Związki te muszą bowiem spełniać kilka, często sprzecznych kryteriów: powinny być (i) wysoce lipofilowe, (ii) dobrze rozpuszczalne w wodzie, (iii) stabilne w mediach fizjologicznych, (iv) powinny wnikać do komórek docelowych, po czym, (v) powinny zostać przekształcone w odpowiednie nukleotydy, a następnie aktywne 5’-trifosforany. Te i inne wymagania spowodowały w rezultacie, że jak dotąd jedynie jeden pro-nukleotyd anty-HIV (tenofovir, Viread®) został dopuszczony przez FDA do stosowania klinicznego. Proponowane pro-leki anty-HIV są odmienne od obecnie stosowanych, posiadają wysoki potencjał antywirusowy- nie są toksyczne i są wysoce aktywne przeciwko HIV (przykładowo, indeks selektywności- SI50, który jest miarą przydatności terapeutycznej substancji a im wyższa jego wartość tym lepiej, dla jednego z naszych związków wynosi nawet 110 000, podczas gdy dla tenofoviru= 1818).

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Komercjalizacja wynalazku umożliwi zastosowanie przeciwwirusowych analogów nukleozydów, które w przypadku zależności od kinaz (enzymów biorących udział w procesie tworzenia aktywnych leków) często traciły swoją przydatność terapeutyczną. Difosforanowe pro-leki rozwiązują problem kluczowej fosforylacji z udziałem kinaz komórkowych. Otrzymane związki wdrożone jako leki w przemyśle farmaceutycznym, przyczynią się do wzrostu innowacyjności i konkurencyjności oraz jakości leczenia HIV na świecie.

Zastosowanie różnorodnych kombinacji strukturalnych testowanych nukleozydo 5’-difosforanów, umożliwia ograniczenie powstawania HIV opornych mutantów na stosowane leki. Przewiduje się, że nowatorskie klasy leków będą coraz szerzej łączone z terapiami pierwszej linii u pacjentów, u których w przeszłości stosowano już inne środki przeciwwirusowe. Rozwój badań w kierunku nowych klas leków anty-HIV tj. nowe pochodne nukleozydo 5’-difosforanów, mają szansę na komercjalizację i zastosowanie aplikacyjne.