07:00 
Когда вы принимаете наркотик, куда в вашем организме он попадает? В отношении большинства лекарств ученые могут делать только обоснованные предположения об ответе на этот вопрос. Традиционные методы позволяют измерить концентрацию лекарства в таком органе, как печень, но они не могут точно определить, с какими клетками оно связывается, или выявить неожиданные места, где лекарство начинает действовать.
«Обычно после того, как лекарство попадает в организм, мы почти понятия не имеем, как оно на самом деле взаимодействует со своей мишенью», — говорит профессор Ли Йе, заведующий кафедрой Scripps Research и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза Ли Йе. «До сих пор это был черный ящик».
Йе и его коллеги разработали революционную технику визуализации, которая освещает отдельные клетки, в которых лекарства связываются, по всему телу мыши. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Cell, они использовали свой метод под названием vCATCH для сопоставления двух широко назначаемых противораковых лекарств. Результаты показали, что одно лекарство неожиданно связывается с сердцем и кровеносными сосудами, что потенциально объясняет его сердечно-сосудистые риски. Использование подхода для проверки мест связывания новых лекарств во время разработки может помочь свести к минимуму такие риски.
Клинические испытания показывают, работает ли препарат для лечения болезней, и устанавливают какие-либо общие побочные эффекты, но что именно препарат делает в каждой клетке тела, было недоступно. Предыдущие методы отслеживания наркотиков основывались либо на измельчении тканей для анализа, либо на использовании методов низкого разрешения, таких как радиоактивная визуализация. В обоих случаях исследователи смогли получить лишь приблизительное представление о том, в какие органы мигрировало лекарство, но не смогли точно определить, в какие именно клетки.
В 2022 году лаборатория Йе представила CATCH: метод освещения именно тех клеток, в которых лекарства связываются на поверхности органов, таких как мозг. В новой работе они расширили этот подход, чтобы он работал повсюду, в том числе глубоко внутри более крупных органов, таких как мозг, сердце и легкие.
Метод CATCH работает с ковалентными лекарствами, то есть лекарствами, образующими постоянные связи со своими мишенями. Ученые добавляют к этим лекарствам крошечную химическую дозировку перед тем, как вводить их мышам. Лекарства продолжают связываться, как обычно, и после того, как ткани собраны, исследователи обрабатывают их флуоресцентной меткой и молекулой меди, которая обеспечивает быструю химическую реакцию, добавляя метку на ручку препарата, показывая, где оказалась каждая молекула лекарства. Этот вид высокоселективной реакции «химического щелчка», при которой химические вещества соединяются друг с другом, как кирпичики LEGO, был разработан в Scripps Research К. Барри Шарплессом, сотрудником W.M. Кек, профессор химии, получивший Нобелевскую премию по химии 2022 года за это изобретение.
Чтобы заставить vCATCH работать более широко в системах органов, Йе и его коллегам пришлось преодолеть серьезное препятствие: белки в тканях поглощали медь, необходимую для химической реакции, не позволяя ей проникать глубоко в органы. Флуоресцировали только места связывания лекарств на поверхности органов.
Группа начала предварительно обрабатывать ткани избытком меди, чтобы заблокировать эти места связывания, а затем выполнить до восьми циклов обработки тканей как медью, так и флуоресцентными метками. В большинстве методов визуализации такая повторяющаяся обработка создаст фоновый шум, поскольку агенты визуализации начнут накапливаться в местах, отличных от их конкретных мест связывания. В vCATCH это работает, потому что химические реакции невероятно избирательны.
«Химия кликов по своей сути очень специфична и эффективна», — объясняет Йе. «Это позволяет нам полностью насыщать систему, не вызывая нецелевых эффектов».
Поскольку визуализация генерирует несколько терабайт данных для каждой мыши, команда в сотрудничестве с инженерами разработала конвейеры анализа на основе искусственного интеллекта, которые могут автоматически идентифицировать клетки, связанные с лекарствами, по всему мозгу и телу.
Чтобы протестировать новый подход, лаборатория Йе нанесла на карту связывание двух целевых противораковых лекарств: ибрутиниба (Imbruvica), используемого для лечения крови. рака и афатиниб (Гилотриф), назначаемый при немелкоклеточном раке легкого. Карты всего тела подтвердили, что афатиниб, как и ожидалось, широко распространился через легочную ткань. Ибрутиниб продемонстрировал более удивительную картину. Этот препарат, известный тем, что вызывает нерегулярное сердцебиение и проблемы с кровотечением, связывается не только с намеченными мишенями в клетках крови, но также с иммунными клетками в печени, сердечной ткани и кровеносных сосудах, что дает представление о его побочных эффектах.
"Теперь исследователи могут более точно изучить эти клетки и понять, почему ибрутиниб связывается с ними", - говорит Йе.
Приложения выходят далеко за рамки этих двух противораковых препаратов. Команда Йе теперь использует vCATCH, чтобы изучить, избирательно ли противораковые препараты воздействуют на опухолевые клетки сильнее, чем на здоровые ткани, а также выяснить, какие типы клеток в мозге связываются такими лекарствами, как антидепрессанты и антипсихотики.
"Это может быть невероятно ценным инструментом для тестирования кандидатов на лекарства на поздних стадиях, чтобы убедиться, что они прочно связывают свои цели и не имеют нежелательного связывания в других органах", - говорит он.
