Eine von einem internationalen Forschungsteam entwickelte neue Technik wird die Entdeckung von Medikamenten beschleunigen, die auf Ionenkanäle abzielen – kritische Proteine, die an einer Vielzahl von Krankheiten beteiligt sind, von psychiatrischen Störungen bis hin zu Krebs. Die im Journal of the American Chemical Society beschriebene Methode ermöglicht es Wissenschaftlern, Arzneimittel-Protein-Wechselwirkungen direkt in lebenden Zellen zu untersuchen und komplexe und potenziell störende Isolierungsverfahren zu umgehen.
Die Herausforderung der Entdeckung von Ionenkanal-Wirkstoffen
Ionenkanäle regulieren den Ionenfluss durch Zellmembranen und spielen eine wesentliche Rolle bei der Nervenübertragung, Muskelkontraktion und Immunantwort. Eine Funktionsstörung dieser Kanäle ist mit zahlreichen Krankheiten verbunden und macht sie zu einem Hauptziel für therapeutische Interventionen. Allerdings erfordern herkömmliche Methoden zur Arzneimittelentdeckung die Isolierung dieser Proteine, ein Prozess, der ihr natürliches Verhalten verändern und genaue Studien behindern kann.
Ein Durchbruch in der Echtzeitanalyse
Die neue Technik nutzt Kernspinresonanz (NMR), um Arzneimittel-Protein-Wechselwirkungen in lebenden Zellen in Echtzeit zu beobachten. Dieser Ansatz ist schneller (Experimente in weniger als einer Stunde abgeschlossen), kostengünstiger und einfacher und macht eine umfassende Proteinreinigung überflüssig. Forscher können nun untersuchen, wie Medikamente in einer biologisch relevanten Umgebung an Ionenkanäle binden, was zu genaueren und zuverlässigeren Ergebnissen führt.
Validierung von Computermodellen
Das Team testete seine Methode an P2X7-Rezeptoren, Ionenkanälen, die an Depressionen, Autismus-Spektrum-Störungen und bestimmten Krebsarten beteiligt sind. Sie identifizierten erfolgreich wichtige Wechselwirkungspunkte zwischen Medikamenten und Proteinen und ermöglichten so eine Optimierung für mehr Wirksamkeit und Spezifität.
Entscheidend ist, dass die Forscher experimentelle Daten mit dreidimensionalen Computermodellen der Arzneimittel-Rezeptor-Bindung kombinierten, die am Institute of Chemical Research (IIQ-CSIC-US) entwickelt wurden. Dadurch konnten sie validieren, welche Rechenmodelle reale Beobachtungen genau widerspiegelten, und so die Lücke zwischen Theorie und Experiment schließen.
Implikationen für die zukünftige Arzneimittelentwicklung
„Die Wechselwirkung zwischen Medikament und Protein ist wie ein Schloss und Schlüssel: Das Membranprotein ist das Schloss und das Medikament ist der Schlüssel. Wir müssen nicht nur den richtigen Schlüssel finden, sondern auch herausfinden, wie wir ihn einführen, damit er sich effektiver öffnet“, erklärt Jesús Angulo vom Institut für Chemische Forschung.
Die Fähigkeit, Computermodelle an lebenden Zellen zu validieren, stellt einen Paradigmenwechsel in der Arzneimittelentwicklung dar, die auf Membranproteine abzielt. Diese Technik verspricht, die Entwicklung wirksamerer und gezielterer Therapien für ein breites Spektrum von Krankheiten zu beschleunigen.
Dieser neue Ansatz rationalisiert den Arzneimittelentwicklungsprozess, ermöglicht eine schnellere Identifizierung vielversprechender Verbindungen und verringert die Abhängigkeit von zeitaufwändigen und möglicherweise irreführenden Isolierungsmethoden. Die Kombination aus Echtzeitanalyse und rechnerischer Validierung positioniert diese Technik als Standardwerkzeug für Struktur-Aktivitäts-Studien und beschleunigt letztendlich die Entwicklung lebensverändernder Therapien
