Источник: Медицинский Микро
После вспышки COVID-19 две мРНК-вакцины были быстро одобрены для продажи, что привлекло больше внимания к разработке препаратов на основе нуклеиновых кислот.В последние годы были опубликованы клинические данные по ряду препаратов на основе нуклеиновых кислот, которые потенциально могут стать препаратами-блокбастерами, охватывающими сердечные и метаболические заболевания, заболевания печени и ряд редких заболеваний.Ожидается, что препараты на основе нуклеиновых кислот станут следующими низкомолекулярными препаратами и препаратами на основе антител.Третий по величине вид наркотиков.
Категория препаратов нуклеиновой кислоты
Нуклеиновая кислота представляет собой биологическое макромолекулярное соединение, образованное в результате полимеризации многих нуклеотидов, и является одним из самых основных веществ жизни.Препараты нуклеиновой кислоты представляют собой различные олигорибонуклеотиды (РНК) или олигодезоксирибонуклеотиды (ДНК) с различными функциями, которые могут непосредственно воздействовать на гены-мишени, вызывающие заболевание, или на мРНК-мишени для лечения заболеваний на генном уровне. Роль.
▲Процесс синтеза ДНК, РНК и белка (Источник изображения: bing)
В настоящее время основные препараты нуклеиновой кислоты включают антисмысловую нуклеиновую кислоту (АСО), малую интерферирующую РНК (миРНК), микроРНК (миРНК), малую активирующую РНК (саРНК), информационную РНК (мРНК), аптамер и рибозим., Препараты, конъюгированные с антителами и нуклеиновыми кислотами (ARC), и т.д.
Помимо мРНК, в последние годы больше внимания уделяется исследованиям и разработкам других препаратов на основе нуклеиновых кислот.В 2018 году был одобрен первый в мире препарат миРНК (Патисиран), и это был первый препарат нуклеиновой кислоты, в котором использовалась система доставки LNP.В последние годы скорость рынка препаратов на основе нуклеиновых кислот также ускорилась.Только в 2018-2020 годах было одобрено 4 препарата миРНК, три препарата АСО были одобрены (FDA и EMA).Кроме того, аптамер, миРНК и другие области также имеют много лекарств на клинической стадии.
Преимущества и проблемы препаратов на основе нуклеиновых кислот
С 1980-х годов исследования и разработки новых лекарственных средств таргетного действия постепенно расширялись, и было открыто большое количество новых лекарств;как традиционные низкомолекулярные химические препараты, так и препараты антител оказывают фармакологический эффект, связываясь с белками-мишенями.Целевыми белками могут быть ферменты, рецепторы, ионные каналы и т. д.
Хотя низкомолекулярные препараты обладают преимуществами простоты производства, перорального введения, лучших фармакокинетических свойств и легкого прохождения через клеточные мембраны, на их разработку влияет лекарственная способность мишени (и наличие у целевого белка подходящей карманной структуры и размера)., Глубина, полярность и т.д.);согласно статье в Nature 2018, только 3000 из примерно 20 000 белков, закодированных геномом человека, могут быть лекарствами, и только для 700 разработаны соответствующие лекарства (в основном низкомолекулярные химические вещества).
Самым большим преимуществом препаратов на основе нуклеиновых кислот является то, что различные лекарства могут быть разработаны только путем изменения последовательности оснований нуклеиновой кислоты.По сравнению с лекарствами, которые работают на традиционном белковом уровне, процесс его разработки прост, эффективен и биологически специфичен;по сравнению с лечением на уровне геномной ДНК препараты нуклеиновых кислот не имеют риска интеграции генов и являются более гибкими во время лечения.Прием лекарства можно прекратить, когда лечение не требуется.
Препараты нуклеиновой кислоты обладают очевидными преимуществами, такими как высокая специфичность, высокая эффективность и длительный эффект.Однако, обладая многими преимуществами и ускоренным развитием, препараты на основе нуклеиновых кислот также сталкиваются с различными проблемами.
Одним из них является модификация РНК для повышения стабильности препаратов нуклеиновых кислот и снижения иммуногенности.
Во-вторых, разработка носителей для обеспечения стабильности РНК в процессе переноса нуклеиновых кислот и препаратов нуклеиновых кислот для достижения клеток-мишеней/органов-мишеней;
В-третьих, усовершенствование системы доставки лекарств.Как улучшить систему доставки лекарств, чтобы добиться того же эффекта при низких дозах.
Химическая модификация препаратов нуклеиновых кислот
Экзогенные препараты нуклеиновых кислот должны преодолеть многочисленные препятствия, чтобы попасть в организм и сыграть свою роль.Эти препятствия также вызвали трудности в разработке лекарств на основе нуклеиновых кислот.Однако с развитием новых технологий некоторые проблемы уже были решены химической модификацией.И прорыв в технологии систем доставки сыграл жизненно важную роль в разработке лекарств на основе нуклеиновых кислот.
Химическая модификация может повысить способность РНК-препаратов противостоять деградации эндогенными эндонуклеазами и экзонуклеазами и значительно повысить эффективность лекарств.Химическая модификация siRNA-лекарств может также повышать селективность их антисмысловых цепей для снижения нецелевой активности РНК-интерференции и изменять физические и химические свойства для улучшения возможностей доставки.
1. Химическая модификация сахара
На ранней стадии разработки лекарств на основе нуклеиновых кислот многие соединения нуклеиновых кислот проявляли хорошую биологическую активность in vitro, но их активность in vivo была значительно снижена или полностью утрачена.Основная причина заключается в том, что немодифицированные нуклеиновые кислоты легко расщепляются ферментами или другими эндогенными веществами в организме.Химическая модификация сахара в основном включает модификацию 2-го положения гидроксила (2'OH) сахара в метокси (2'OMe), фтор (F) или (2'MOE).Эти модификации могут успешно повысить активность и селективность, уменьшить нецелевые эффекты и уменьшить побочные эффекты.
▲Химическая модификация сахара (источник изображения: ссылка 4)
2. Модификация скелета фосфорной кислоты
Наиболее часто используемой химической модификацией фосфатного остова является фосфоротиоатная, то есть немостиковый кислород в фосфатном остове нуклеотида заменяется серой (PS-модификация).Модификация PS может противостоять деградации нуклеаз и усиливать взаимодействие препаратов нуклеиновых кислот и белков плазмы.Связывающая способность, снижение скорости почечного клиренса и увеличение периода полувыведения.
▲Трансформация фосфоротиоата (источник изображения: ссылка 4)
Хотя PS может снижать аффинность нуклеиновых кислот и генов-мишеней, модификация PS является более гидрофобной и стабильной, поэтому она по-прежнему является важной модификацией для интерференции с небольшими нуклеиновыми кислотами и антисмысловыми нуклеиновыми кислотами.
3. Модификация пятичленного кольца рибозы.
Модификация пятичленного кольца рибозы называется химической модификацией третьего поколения, включая мостовые нуклеиновые кислоты, заблокированные нуклеиновые кислоты BNA, пептидные нуклеиновые кислоты PNA, фосфородиамидные морфолиноолигонуклеотиды PMO, эти модификации могут дополнительно повышать устойчивость препаратов нуклеиновых кислот к нуклеазам, улучшать аффинность и специфичность и т. д.
4. Другие химические модификации
В ответ на различные потребности в препаратах на основе нуклеиновых кислот исследователи обычно проводят модификации и трансформации оснований и цепей нуклеотидов для повышения стабильности препаратов на основе нуклеиновых кислот.
На сегодняшний день все препараты для нацеливания на РНК, одобренные FDA, представляют собой химически сконструированные аналоги РНК, что подтверждает полезность химической модификации.Одноцепочечные олигонуклеотиды для конкретных категорий химических модификаций различаются только последовательностью, но все они имеют сходные физические и химические свойства и, следовательно, имеют общие фармакокинетические и биологические свойства.
Доставка и введение препаратов нуклеиновых кислот
Препараты нуклеиновой кислоты, которые основаны исключительно на химической модификации, по-прежнему легко быстро разлагаются в кровообращении, с трудом накапливаются в тканях-мишенях и с трудом эффективно проникают через мембрану клетки-мишени, чтобы достичь места действия в цитоплазме.Поэтому необходима мощность системы доставки.
В настоящее время векторы лекарственных препаратов на основе нуклеиновых кислот в основном делятся на вирусные и невирусные векторы.Первые включают аденовирус-ассоциированный вирус (AAV), лентивирус, аденовирус и ретровирус и т. д. К ним относятся липидные носители, везикулы и т.п.С точки зрения продаваемых лекарств, вирусные векторы и липидные носители являются более зрелыми для доставки мРНК-лекарств, в то время как небольшие нуклеиновые кислоты используют больше носителей или технологических платформ, таких как липосомы или GalNAc.
На сегодняшний день большинство нуклеотидных терапий, включая почти все одобренные препараты нуклеиновых кислот, применялись локально, например, в глаза, спинной мозг и печень.Нуклеотиды обычно представляют собой большие гидрофильные полианионы, и это свойство означает, что они не могут легко проходить через плазматическую мембрану.В то же время терапевтические препараты на основе олигонуклеотидов обычно не могут проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), поэтому доставка в центральную нервную систему (ЦНС) является следующей проблемой для препаратов нуклеиновых кислот.
Стоит отметить, что дизайн последовательности нуклеиновых кислот и модификация нуклеиновых кислот в настоящее время находятся в центре внимания исследователей в этой области.Для химической модификации, химически модифицированной нуклеиновой кислоты, разработки или улучшения последовательности неприродной нуклеиновой кислоты, состава нуклеиновой кислоты, конструкции вектора, методов синтеза нуклеиновой кислоты и т. д. Технические объекты обычно являются объектами патентоспособных заявок.
Возьмите новый коронавирус в качестве примера.Поскольку его РНК представляет собой вещество, существующее в естественной форме в природе, сама «РНК нового коронавируса» не может быть запатентована.Однако, если научный исследователь впервые выделяет или выделяет из нового коронавируса РНК или фрагменты, не известные в технологии, и применяет их (например, превращает в вакцину), то и нуклеиновая кислота, и вакцина могут быть защищены патентными правами в соответствии с законом.Кроме того, искусственно синтезированные молекулы нуклеиновых кислот при исследовании нового коронавируса, такие как праймеры, зонды, sgRNA, векторы и т. д., являются патентоспособными объектами.
Заключительные замечания
В отличие от механизма традиционных низкомолекулярных химических препаратов и препаратов на основе антител, препараты на основе нуклеиновых кислот могут расширить открытие лекарств до генетического уровня, предшествующего белкам.Можно предвидеть, что при постоянном расширении показаний и постоянном совершенствовании технологий доставки и модификации препараты на основе нуклеиновых кислот будут популяризировать больше пациентов с заболеваниями и действительно станут еще одним классом взрывоопасных продуктов после низкомолекулярных химических препаратов и препаратов на основе антител.
Справочные материалы:
1.http://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=e28268d4b63ddb3b22270ea1763b2892&site=xueshu_se
2.https://www.biospace.com/article/releases/wave-life-sciences-announces-initiation-of-dosing-in-phase-1b-2a-focus-c9-clinical-trial-of-wve-004-in-amiotrophic-lateral-sclerosis-and-frontotemporal-dementia/
3. Лю Си, Сунь Фан, Тао Цичан;Мастер Мудрости.«Анализ патентоспособности препаратов нуклеиновых кислот»
4. CICC: препараты нуклеиновых кислот, время пришло
Сопутствующие товары:
Набор для прямой ПЦР с хвостом мыши
Набор для прямой ПЦР на ткани животных
Время публикации: 24 сентября 2021 г.
