Розробка потужного аналога GLP-1 тривалої дії для трансдермальної доставки PNAS на основі мікроструктури

  • Знайдіть цього автора на Google Scholar
  • Знайдіть цього автора на PubMed
  • Шукайте цього автора на цьому сайті
  • Для листування: awoods @ calibr.orgschultz @ scripps.eduwshen @ calibr.org
  • Знайдіть цього автора на Google Scholar
  • Знайдіть цього автора на PubMed
  • Шукайте цього автора на цьому сайті
  • Для листування: awoods @ calibr.orgschultz @ scripps.eduwshen @ calibr.org

Автор: Пітер Г. Шульц, 18 лютого 2016 р. (Надіслано на огляд 24 грудня 2015 р .; переглянуто Вільямом Ф. Деградо та Марком Монміні)

розробка

Значимість

Багато терапевтичні пептиди страждають від короткого періоду напіввиведення із плазми, і, як наслідок, вимагають частих ін'єкцій, щоб бути терапевтично ефективними; це в свою чергу може негативно вплинути на відповідність пацієнта. Тут ми описуємо розробку нової пептидної інженерної стратегії, яка включає мотив зв’язування білка з сироваткою крові в ковалентну основу бічного ланцюга. Цей підхід був використаний для отримання зшитих аналогів глюкагоноподібного пептиду-1 тривалої дії з потужністю, порівнянною з екзендіном-4, та суттєво підвищеними фармакокінетичними властивостями. Введення через розчинні мікроструктури на основі трансдермальної системи призвело до стійких терапевтичних концентрацій у крові із зниженням рівня глюкози у морських свинок. Цей підхід, ймовірно, забезпечує загальну, зрозумілу платформу для генерування зшитих пептидних гормонів тривалої дії для цілого ряду терапевтичних застосувань.

Анотація

Рецептори, пов'язані з білками G сімейства B (GPCR), включають рецептори пептидних гормонів, таких як глюкагон, глюкагоноподібні пептиди 1 і 2 (GLP-1 і -2), паратгормон (PTH) та кортикотропін-рилізинг-фактор. Спроби створення модуляторів малих молекул цих рецепторів мали невеликий успіх, тоді як пептидні ліганди були доведені як ефективні терапевтичні засоби, на прикладі ексенатиду (він же екзендін-4 або Ех-4), агоніста рецептора GLP-1 для діабету, і терипаратид, агоніст рецептора PTH1 для остеопорозу (1). Однак препарати на основі пептидів зазвичай страждають від короткого періоду напіввиведення внаслідок протеолітичної деградації та швидкого ниркового кліренсу, через що необхідні більші дози та часті ін'єкції, що негативно впливає на відповідність пацієнта (2). Для поліпшення їх фармакологічних властивостей пептиди були хімічно модифіковані конформаційною рестрикцією (3 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –13) для підвищення потенції та зменшення протеолізу, а також шляхом ліпідації (14 ⇓ –16), кон’югації полімерів (17 23 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –23) та злиття білка (24 ⇓ –26) для зменшення ниркового кліренсу. Хоча ці останні кон'югати можуть мати посилений період напіввиведення в кровообіг, вони часто страждають від зниженої потенції і, як результат, вимагають ін'єкції відносно великої кількості модифікованих пептидів.

Агоністи рецепторів GLP-1 (GLP-1RA) представляють унікальний підхід до лікування діабету, який має переваги поза контролем глюкози, включаючи сприятливий вплив на масу тіла, кров'яний тиск, рівень холестерину та функцію бета-клітин (27). На даний час у США затверджені два GLP-1RA з короткою дією (ексенатид та ліраглутид; введення один або два рази на день) та три тривалої дії (альбіглутид, дулаглутид та ексенатид LAR; щотижневе введення). Ці препарати імітують вплив природного гормону інкретину GLP-1, активуючи рецептори GLP-1 у підшлунковій залозі, що призводить до посиленого вивільнення інсуліну та зменшення вивільнення глюкагону залежно від глюкози - і, як наслідок, низький ризик гіпоглікемії. Вплив цих GLP-1RA на рецептори GLP-1 у ЦНС та шлунково-кишковому тракті також призводить до зниження апетиту та затримки всмоктування глюкози, що супроводжує втрату ваги (28).

Враховуючи обмежену пероральну біодоступність, ці GLP-1RA в даний час даються як s.c. ін'єкція. Трансдермальне розродження є привабливою альтернативою, оскільки воно відносно неінвазивне та безболісне та дозволяє уникнути ефекту першого проходження (29). Мікроструктури, також відомі як мікроголки, - це мікрометричні структури, які проникають через бар'єрний шар рогового шару шкіри, створюючи тимчасові канали для ліків, які не можуть пасивно проникати в шкіру через їх великі молекулярні розміри та гідрофільну природу (30, 31). Ця технологія вимагає сильнодіючих молекул, але пропонує ряд переваг, включаючи безболісне та спрощене введення, і була успішно оцінена для трансдермальної доставки ряду великих молекул, включаючи вакцини та аналоги ПТГ людини як в доклінічних, так і в клінічних умовах (32, 33). У цьому документі ми описуємо застосування основного бічного ланцюга цистеїну, одержуваного з жирної кислоти, для отримання високопотужного аналога Ex-4 тривалої дії, який демонструє чудову фармакокінетику та фармакодинаміку при введенні морським свинкам за допомогою розчинних мікроструктур.

Результати і обговорення

Дизайн зшивання та пептидів.

Дизайн, активність in vitro та альфа-спіральність зшитих аналогів Ex-4. (A) Послідовності Ex-4 та його подвійних цистеїнових мутантів, розташованих на відстані i, i + 7; i, i + 11, і i, i + 14. (B) Структурна модель Ex-4 (9-39), зв’язана з аміно-кінцевим доменом рецептора GLP-1 (код PDB ID 3C59), з сайтами зшивання, пофарбованими в жовтий колір. (C) Структури зшиваючих компонентів, що містять бромоацетамідний фрагмент: L1-L10 на основі алкілу, L11-L12 на основі ПЕГ та лінкери L13-L15 на основі орнітину на основі жирної кислоти L13-L15 (D). (E) In vitro активність репрезентативних зшитих пептидів у GLP-1R-опосередкованому аналізі репортерів CRE-Luc. (F) CD-аналіз зшитих пептидів. Дані представляють середнє значення ± SEM для експериментів, проведених у трьох примірниках.