Персонализированная медицина и биофармацевтика в Республике Беларусь Алексей Янцевич Ведущий научный сотрудник, Институт биоорганической химии НАН Беларуси Киров, 2015 Структура Института биоорганической химии НАН Беларуси Директор Института: член-корреспондент С.А. Усанов Государственное предприятие «Академфарм» Унитарное предприятие «Хозрасчетное опытное производство ИБОХ НАН Беларуси» 2 Приоритетные направления деятельности Института q Разработка технологий получения новых продуктов биоорганической химии: • Фармсубстанции и готовые лекарственные формы • Рекомбинантные белки • Иммунохимические и молекулярно-биологические диагностические наборы для медицинской и ветеринарной диагностики • Гормональные препараты и биоспецифические гемосорбенты • Стимуляторы роста и средства защиты растений q Экспериментальная и клиническая фармакология, то кс и кол о г и я , б и ох и м и я ч е л ов е ка и ж и вот н ы х , биомедицинская и фармацевтическая химия q Биоинженерия и биоинформатика, методы рационального дизайна лекарственных средств q Доклинические испытания, биоэквивалентность q Молекулярная диагностика в спорте высоких достижений 3 Разработки Института q Гемосорбенты • • • • Нуклеосорб ЛПС-Гемо АнтиIgE-гемо Гемо-Протеазосорб q Наборы реагентов для диагностики • • • • Днк-ВТК – выделение ДНК из тканей и клеток ДНК-ВК – выделение ДНК из крови и слюны РНК-ВК – выделение ДНК из крови и слюны ПЦР-наборы для диагностики инфекционных заболеваний q Лекарственные средства и БАДы • • • • Рациум - ЛС для лечения стрессовых и тревожных расстройств Альгиномакс – антацидный противорефлюксный препарат Аламин – флуоресцентная диагностика онкозаболеваний Фитонол – восстановительная и стимулирующая БАД 4 Разработки Института q Фармсубстанции и ГЛФ (НПЦ «Химфармсинтез») • • • • • Карбоплатин Лейкладин Флударабел Лейковир Децитабин • Пеметрексед • Бортезомиб • Иматиниб • Клофарабин • Рибавирин q Рекомбинантные ферменты • Рекомбинантные ферменты для диагностики § ДНК-полимеразы для ПЦР (выпускается) § урацил-ДНК-гликозилаза для ПЦР (выпускается) § холестерин-оксидаза (в разработке) • Ферменты семейства цитохромов Р450 и другие белки, участвующие в монооксигеназном катализе, для научных исследований § Более 40 наименований (дистрибьютером ряда продуктов является Sigma Aldrich) 5 Разработки в области персонализированной медицины q Каждому пациенту лекарственный препарат и доза назначаются индивидуально с учетом биохимических и физиологических особенностей: • Особенности мишени ЛС • Особенности поведения ЛС в организме пациента q Только комплексный подход позволяет оценить индивидуальный тип метаболизма определенного лекарственного вещества и назначить правильный препарат в безопасной терапевтической дозе: • Информация о мишени ЛС и ее особенностях (лечебный эффект) • Информация о альтернативных мишенях ЛС (побочные эффекты) • Информация о распределении и превращениях ЛС CYP11B2 pdb:4DVQ Цитохромы Р450 Мишени ЛС в организме человека Мишени ЛС в организме патогенов Превращения ЛС в организме 6 Цитохромы Р450 Классификация Семейство Превращения ксенобиотиков/ лекарственных средств CYP3A4 Изоформа Подсемейство Биосинтез стероидных гормонов Метаболизм ксенобиотиков/ лекарственных средств Превращения жирных кислот и простагландинов Превращения стероидов Превращения витамина А Цитохромы Р450 человека: 57 генов Различаются: § АК последовательностью § Субстратной специфичностью § Регуляторными особенностями § Физиологическими функциями Семейства 1, 2 и 3 участвуют в фазе 1 превращений лекарств 7 Особенности цитохромов Р450 • Гемопротеины, катализирующие реакцию гидроксилирования органических соединений, а также сопряженные реакции NADPH + RH2 + O2 + H+ à NADP+ + RHOH + H2O • Клеточная локализация – мембраны эндоплазматического ретикулума и митохондрий • Высокая степень гидрофобности • Высокая лабильность нативной структуры • Невозможность восстановления нативной структуры после денатурации • Гидрофобные субстраты • Невозможно предсказать субстраты и стереохимию реакции на основе первичной структуры при нынешнем уровне развития методов компьютерного моделирования. 8 Мишени лекарственных средств среди цитохромов Р450 q Ароматаза (CYP19A1) • гормон-зависимый рак молочной железы q 17альфа-гидроксилаза 17,20 лиаза (CYP17A1) • рак простаты q Ланостерин-14альфа-деметилаза человека (CYP51A1) • Метаболический синдром, гиперхолестеринемия q Ланостерин-14альфа-деметилаза патогенных микроорганизмов (CYP51) • Грибковые заболевания, туберкулез q Альдостеронсинтаза (CYP11B2) • Гипертензия q 7альфа-гидроксилаза оксистероидов • Патологии нервной системы и печени q Цитохром Р450 3А4 (CYP3A4) • контролируемые лекарственные взаимодействия 9 Структурно-функциональный анализ молекул-мишеней Конструирование экспрессионных систем ВЭЖХ Высокопроизводительный LC-MSn & NMR анализ активности анализ продуктов катализа скрининг лигандов 50 40 30 20 10 0 Ptac NdeI 10 12 14 16 18 20 22 24 Laq Z pCW-CYP_HT SalI Amp Биосинтез белка 0,3 0,2 0,1 0 -0,1 -0,2 400 Хроматографическая очистка нм 425 450 475 500 Кристаллизация Определение пространственной структуры 10 Основные достижения и результаты • Ус т а н о вл е н о и д е п о н и р о ва н о в P D B б ол е е 1 5 пространственных структур цитохромов Р450 человека, в т.ч. в комплексе с низкомолекулярными лигандами и редокс-партнерами (сотрудничество с Консорциумом Структурной Геномики, Торонто, Канада). • Установлены субстратная специфичность и лигандсвязывающие свойства цитохромов Р450 человека. • Установлены продукты реакций (в том числе минорные с неизвестной функцией), катализирумых стероидгидроксилирующими цитохромами Р450. • Получен ряд цитохромов Р450 патогенов (Mycobacterium tuberculosis, Candida albicance, Candida glabrata), проведен скрининг лигандов активного центра указанных ферментов, которые позволили определить характеристики фармакофоров. 11 Перспективы q In vitro аналитическая система для оценки превращений лекарственных средств в организме человека. q Оценка возможности использования модуляторов белокбелковых взаимодействий для регуляции монооксигеназного катализа. q Разработка новых гипотензивных средств на основе ингибиторов альдостеронсинтазы. q Поиск новых высокоспецифичных ингибиторов ароматазы, аналогов летрозола, для терапии гормон-чувствительного рака молочной железы. q Поиск ингибиторов 17альфа-гидроксилазы-17,20-лиазы для терапии рака простаты. 12 Мы заинтересованы в сотрудничестве q Совместные исследования и разработки в области протеомики, метаболомики, интерактомики стероидгидроксилаз, скрининга новых биологически активных веществ. q Инвестирование и продвижение текущих проектов. q Реализация продуктов и услуг. 13 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ