Ученые улучшили альфа-кетоамиды, которые нарушают деятельность главной протеазы вируса SARS-CoV-2. Для этого получили кристаллическую структуру вирусного белка и его комплекса с ингибитором.
Новые вещества дольше живут в клетках человека, а тестирование на мышах показало, что препарат попадает в легкие и задерживается в них. Ингаляции альфа-кетоамидов не вызвали побочных эффектов и на основе этих веществ можно разрабатывать лекарство от нового вируса. Статья опубликована в журнале Science.
Коронавирус, который привел к пандемии заболевания COVID-19, получил название SARS-CoV-2. Дело в том, что новый вирус похож на возбудителя атипичной пневмонии SARS-CoV, который вызвал эпидемию в 2003 году. Ни за время той вспышки, ни после нее не было доведено о клинических испытаний лекарство, которое бы разрушало вирус, а в 2020 году человечество снова столкнулось с необходимостью придумать лечение.
Для создания вещества, которое подавляет деятельность вируса, необходимо определить мишень — молекулу и ее участок, который лекарство могло бы атаковать. У коронавирусов хорошо изучена главная протеаза — этот белок расщепляет длинные аминокислотные цепочки на более короткие куски, из которых затем получаются вирусные белки. Если заблокировать работу главной протеазы, то вирус не сможет производить новые белки, а значит, и размножаться. Собственные протеазы человека разрезают другие аминокислотные последовательности, поэтому ингибитор вирусного белка не нарушит их работу, и лекарство не будет токсичным.
Еще к февралю 2020 года группа ученых создала серию альфа-кетоамидов, которые ингибировали главные протеазы коронавирусов различных родов. Теперь же ученые из Германии и Китая под руководством Линьлинь Чзана (Linlin Zhang) из Университета Любека увеличили жизнеспособность этих молекул в человеческих клетках. Для этого изменили структуру вещества, переместив важные участки молекулы в положение, в котором они будут недоступны для клеточных протеаз, и увеличив растворимость кетоамидов.
Затем исследователи определили трехмерную кристаллическую структуру главной протеазы SARS-CoV-2, чтобы проверить, насколько новый альфа-кетоамид пространственно совместим со своей мишенью. Молекулу модифицировали так, чтобы специфическое ингибирование коронавирусов SARS оказалось максимальным при наибольшей продолжительности жизни вещества в клетке.
Полученное вещество протестировали на чистой рекомбинантной главной протеазе, на комплексе репликации-транскрипции SARS-CoV, а также на культуре инфицированных новым вирусом человеческих клеток. Наконец, ученые определили фармакокинетические свойства полученных молекул на культуре клеток человека и мышах. Вещество вводили подкожно из расчета три миллиграмма на килограмм.
Период полувыведения альфа-кетоамида удалось увеличить в три раза, а растворимость — в 19 раз по сравнению с предыдущим аналогом, но эффективность ингибирования главной протеазы снизилась в несколько раз. После того, как препарат вводили мышам подкожно, время удержания вещества в организме составило в среднем 2,7 часа, а время полувыведения из плазмы — 1,8 часа.
Авторы работы заметили, что вещество проникало в легкие и задерживалось в них. Препарат ввели мышам с помощью ингаляции — таким образом, лекарство проникало непосредственно в легкие, которые поражает COVID-19. Ингаляция кетоамидов не вызвала у животных побочных эффектов.
Исследования, которые проводили еще во время эпидемии 2003 года, не первый раз применяют для борьбы с новым коронавирусом. Так, антитела к SARS-CoV, которые хранили более 15 лет, оказались эффективны и против SARS-CoV-2.
Автор: Алиса Бахарева