C&I numărul 9, 2020

industry

Vadim Demidov ar putea să includă acizi grași deuterizați în dietele noastre într-o zi să ne ajute să ducem o viață mai sănătoasă și mai lungă, cu risc redus de boli neurodegenerative.

La mijlocul anilor 2000, omul de știință al Universității Oxford, Mihail Șchepinov, a avut ideea nouă de a folosi izotopi grei non-radioactivi pentru a încetini îmbătrânirea. Ideea sa se învârtea în jurul încetinirii deteriorării radicalilor liberi în organism cauzată de speciile reactive de oxigen (ROS), una dintre principalele cauze ale îmbătrânirii și bolilor asociate vârstei.

ROS oxidează și deteriorează substraturile celulare prin reacții de transfer hidrogen-atom (HAT). Cu toate acestea, substituția izotopică poate încetini în mod substanțial rata unei transformări chimice, prin intermediul efectului izotop cinetic (KIE). Izotopul deuteriu greu deuteriu (2H sau D) face legături mai puternice cu carbonul și alți atomi decât atomul de hidrogen normal mai ușor (1H sau doar H). Viteza reacțiilor simple de transfer al atomului de hidrogen (HAT) ar trebui să încetinească de obicei de șase până la zece ori atunci când hidrogenul este înlocuit cu izotopul său deuteriu neradioactiv. Înlocuirea hidrogenului cu tritiu mai greu (3H sau T) ar trebui să încetinească aceste reacții și mai mult, deoarece este de trei ori mai grea. Dar tritiul este instabil și extrem de radioactiv, fiind prin urmare dăunător țesuturilor umane.

Deuterizarea câtorva situri selectate pe biomoleculele vizate de ROS din corpul nostru poate duce, prin urmare, la rezistență la atacurile ROS care cauzează îmbătrânirea, a argumentat Shchepinov. 1 Important, un astfel de „schimb izotopic” nu va schimba în mod fundamental acești compuși - structura lor de legătură va să fie identice, iar proprietățile lor chimice vor fi în mare parte neschimbate. Chiar și dimensiunea și forma moleculelor deuterate nu se vor schimba, deoarece un atom de deuteriu are aproximativ același diametru ca hidrogenul și ambele formează legături covalente de aceeași lungime cu alți atomi. Cu toate acestea, deuteriul va fi mai greu de îndepărtat.

Șchepinov a depus o cerere de brevet de invenție pentru potențialul său invenție anti-îmbătrânire și în 2006, împreună cu antreprenorii biotehnologi Robert Molinari și Charles Cantor, a fondat Retrotopul de start-up farmaceutic din California.

Primul lucru pe care noua companie a trebuit să-l facă a fost să demonstreze principiul că substituția izotopică poate extinde longevitatea. Pentru a obține câteva dovezi inițiale, Șchepinov a lucrat cu colaboratori pentru a crește viermii rotunzi Caenorhabditis elegans pe alimente îmbogățite izotopic, pentru a vedea dacă acest lucru le-a crescut durata de viață. Acești mici nematode neparazite sunt adesea utilizate ca organisme model în studiile biomedicale.

Un studiu amănunțit publicat în 2019 a constatat că suplimentarea cu deuteriu a dus la o extindere de până la 15% în viața viermelui.2 Acest studiu a dovedit, de asemenea, că creșterea duratei de viață a alimentelor deuterizate se datorează unei acumulări reduse de ROS dăunătoare pe măsură ce viermii îmbătrânesc și, deci, la stres oxidativ redus. Un raport de cercetare de la Universitatea Stanford a relevat, de asemenea, o extindere semnificativă a duratei de viață a drojdiei prin absorbția fie a glucozei deuterate, fie a apei grele (D2O) .3 Dacă s-au produs efecte similare la om, aceste descoperiri sugerează că suplimentarea comparabilă cu deuteriu ar putea adăuga câțiva ani vieții noastre.

Astfel, teoriile lui Șchepinov despre consumul de izotopi grei pentru o viață lungă și sănătoasă au fost verificate în studii pe animale primitive și eucariote inferioare. Apoi, Retrotope a fost interesat să extindă aceste studii la animale și oameni superiori, apoi la boli legate de vârstă și alte afecțiuni.

Răsucire promițătoare

Mai recent, compania și-a îndreptat atenția asupra tulburărilor neurologice degenerative. „Datele obținute recent, care aruncă o nouă lumină asupra mecanismelor moleculare ale unei varietăți de neuropatologii, sunt în concordanță cu ipoteza sugerată anterior că reacțiile ROS sunt implicate în patogeneza acestor boli degenerative”, spune Șchepinov, [acum] șeful companiei Ofițer științific.

Un „călcâie al lui Ahile” obișnuit în toate aceste neurodegenerări diferite s-a dovedit a fi membranele neuronale care sunt atacate de ROS, inițind un set de reacții de lanț oxidativ dăunătoare. Neuronii sunt elementele de bază ale sistemului nostru nervos. Aceste celule nervoase extrem de specializate sunt responsabile pentru transmiterea și primirea informațiilor folosind membranele lor celulare alungite unice, care prezintă un risc deosebit de deteriorare a ROS, deoarece au un nivel ridicat de consum de oxigen și un conținut foarte ridicat de lipide care conțin acizi grași polinesaturați (PUFA).

Vulnerabilitatea membranelor la deteriorarea oxidativă apare din structura lor unică în care lipidele sunt strâns împachetate împreună într-o matrice bistratificată foarte ordonată. Un impact oxidativ de ROS unic declanșează o cascadă de evenimente care dăunează lipidelor, care are consecințe catastrofale pentru integritatea membranei, deoarece lipidele oxidate nu pot forma un strat stratificat ordonat. În schimb, dispunerea lor este foarte dezordonată, rezultând un strat strat lipidic cu găuri și scurgeri care distrug funcția corectă a membranei. Mai mult, lipidele oxidate generează o varietate de produse secundare foarte reactive care pot ataca proteinele și acizii nucleici pentru a provoca patologii suplimentare. În mod colectiv, aceste daune duc la neurodegenerare.

Cea mai recentă idee a retrotopului este de a folosi KIE pentru a trata neurodegenerarea prin protejarea membranelor neuronale de reacțiile în lanț oxidativ inițiate de ROS. Acest lucru se va face prin înlocuirea selectivă a atomilor de hidrogen adiacenți atomilor de carbon nesaturați - principalele situri ale atacurilor ROS, denumite „situri bis-alilice” - de izotopi de deuteriu. Neuronii umani vor fi protejați de ROS prin hrănirea PUFA-urilor esențiale armate cu deuteriu, a acizilor linoleici și linolenici (principalii precursori ai lipidelor de membrană) pacienților cu boli neurologice. Aceste PUFA sunt în mod normal ingerate ca parte a dietei noastre, deoarece corpurile umane nu sunt capabile să le sintetizeze.

Absorbția orală a PUFA-urilor esențiale deuterizate (sub formă de pastile sau emulsii) va duce la încorporarea lor în membranele neuronale, deoarece sistemele de absorbție și transport nu pot distinge între hidrogen și deuteriu, dar prezența acestuia din urmă va proteja puternic membranele de deteriorarea oxidativă. Se speră că substituția de deuteriu ar trebui să inhibe foarte mult peroxidarea inițială a lipidelor de către ROS și să încetinească numeroasele reacții oxidative ramificate ulterioare ale lipidelor din neuromembranele, fără a modifica substanțial funcțiile normale ale membranei celulare.

„Urmăresc cercetarea acizilor grași polinesaturați deuterizați de mulți ani și am mari speranțe în ideea de a face membranele celulare„ ignifuge ”împotriva ROS”, spune Konstantin Khrapko de la Departamentul de Biologie de la Universitatea Northeastern din Boston, SUA.

Testarea preclinică

Pentru a examina această idee, oamenii de știință Retrotope și colaboratorii lor au studiat mai întâi efectul protector al PUFA-urilor întărite cu deuteriu (d-PUFAs) asupra celulelor de drojdie supuse stresului oxidativ letal. Ei au descoperit că drojdia tratată cu acid linoleic, doar o cincime deuterizată la siturile bis-alilice, a fost complet salvată de efectele nocive ale oxidării lipidelor.

Această descoperire surpriză a fost explicată ulterior prin faptul că chiar substituția parțială a membranelor lipidice cu d-PUFA a dus la protecția completă a acestora împotriva oxidării.5 Și a stabilit o preocupare majoră cu privire la utilizarea terapeutică prospectivă a d-PUFA. PUFA sunt implicate în diferite căi celulare metabolice vitale, dar consumul de cantități relativ mici de PUFA modificate nu ar trebui să perturbe aceste căi, deoarece majoritatea PUFA vor fi nemodificate. Nevoia de cantități relativ mici de PUFA pentru a stabiliza membranele împotriva oxidării face, de asemenea, mult mai ușor atingerea nivelurilor terapeutice necesare la pacienți.

Rezultate încurajatoare au fost obținute și în testarea preclinică a d-PUFA în modele celulare și animale ale mai multor boli neurodegenerative umane.6 În fiecare caz, medicamentul a fost sigur și eficient.

Evitarea neurodegenerării

Stimulat de succesul în celule și animale, Retrotope a început, în urmă cu câțiva ani, să sponsorizeze studii clinice la pacienți cu neuropatologii diferite. Medicamentul principal al retrotopului RT001 este acidul 11,11-di-deuterolinoleic. Tratamentul sugerat de Retrotope nu este specific bolii. Nu vizează cauza principală a bolii, cum ar fi diferite gene mutante implicate în boli neurologice moștenite. Indiferent de modul în care aceste mutații sau alți factori care cauzează boli sensibilizează membranele lipidice la oxidarea ROS, tratamentul RT001 ar trebui să le protejeze împotriva deteriorării.

„Frumusețea acestei idei de a utiliza d-PUFA-uri pentru evitarea daunelor cauzate de ROS este că, în loc să elimine ROS, această abordare se apără în mod solid de acestea”, explică Khrapko. „Acest lucru face ca tratamentul să fie unul foarte vizat prin protejarea celor mai vulnerabile componente celulare. Și nu eliminarea ROS este, de asemenea, avantajoasă, deoarece, așa cum a devenit clar, sunt regulatori importanți și intermediari metabolici.

Studiile clinice inițiale și studiile de caz ale RT001 la pacienți tineri și adulți cu ataxie Friedreich, distrofie neuroaxonală infantilă (INAD) și boala Tay-Sachs cu debut tardiv au arătat progresia arestată a medicamentului și chiar unele semne de boală de inversare.7-9
Nu s-au observat toxicități sau evenimente adverse grave legate de RT001. Tratamentele de încercare RT001 au fost inițiate, în 2018 și 2020, cu pacienți cu alte afecțiuni neurodegenerative, cum ar fi scleroza laterală amiotrofică și paralizia supranucleară progresivă.

Nu există medicamente aprobate în prezent pentru oricare dintre aceste tulburări și toate celelalte tratamente experimentale ale bolilor neurodegenerative, cum ar fi terapia antioxidantă, oligonucleotidele antisens și editarea genelor, au avut până acum o eficacitate clinică limitată sau au prezentat efecte secundare toxice atunci când au fost testate pe celule umane sau oameni. RT001 ar putea deveni primul medicament de alegere pentru tratarea pacienților cu diferite boli neurologice, inclusiv boli comune precum Alzheimer și Parkinson, unde rolul stresului oxidativ și al peroxidării lipidelor ca călăi majori în patologia bolii este cunoscut de mult.

„Oxidarea lipidelor este, de asemenea, unul dintre inițiatorii apoptozei - un tip de moarte celulară programată, astfel încât atenuarea oxidării lipidelor poate interfera cu eliminarea celulelor disfuncționale”, remarcă Khrapko. „Dar succesul studiilor clinice implică faptul că un astfel de efect negativ, dacă există, este depășit de avantaje”, concluzionează el.

Ce urmeaza?

Cele mai multe metode actuale la scară largă pentru a sintetiza PUFA-uri deuterizate selectiv de site sunt destul de laborioase și costisitoare. Retrotopul investighează în prezent abordări sintetice mai eficiente care ar putea reduce prețurile d-PUFA-urilor, astfel încât acestea ar putea fi utile ca supliment alimentar pentru a încetini procesul de îmbătrânire. În colaborare cu cercetători din Serbia și Australia, compania a descoperit un proces catalitic ieftin pentru deuterizarea specifică a site-ului a PUFA-urilor folosind apă grea (D2O), cea mai ieftină sursă de deuteriu. pod d-PUFA.

Aplicațiile d-PUFAs ar putea fi extinse la o gamă largă de alte boli non-neurologice, crede Retrotope. Compania a raportat recent rezultate preclinice pozitive folosind d-PUFA în modele celulare și animale de tulburări non-neurologice legate de ROS, cum ar fi ateroscleroza vasculară și degenerarea maculară a ochilor.11-13

În plus, Retrotope își extinde platforma proprietară de medicamente către alte biomolecule naturale esențiale deuterizate specifice site-ului, incluzând aminoacizii și nucleobazele ADN implicate în patogeneza anumitor tipuri de cancer și inflamație13. deuteriul KIE.

În primăvara anului 2018, când pacientul ‘Z’ avea doi ani și jumătate, a fost diagnosticată cu distrofie neuroaxonală infantilă (INAD) - o tulburare moartă neurologică rară moștenită. Fără tratament disponibil și fără tratament care să oprească progresia simptomelor, copiii cu INAD mor de obicei între vârsta de cinci și zece ani.

Cauzat de un defect genetic al unei gene vitale care îndepărtează lipidele deteriorate din membranele celulare, INAD este adesea denumită Parkinson în amestec cu Alzheimer pentru copii. Afectează celulele nervoase care transportă mesaje din creier către alte părți ale corpului, ducând la pierderea progresivă a vederii, controlul muscular și abilitățile mentale.

La scurt timp după ce a fost diagnosticat, „Z” își pierduse parțial mobilitatea și vorbirea. Dar, din fericire, șase luni mai târziu, a fost înscrisă într-un proces de acces extins al unui nou medicament promițător RT001 dezvoltat de compania americană Retrotope. Uneori numită „utilizare compasivă”, accesul extins este o modalitate de a oferi o terapie de investigație unui pacient cu o boală gravă sau care pune viața în pericol pentru care nu sunt disponibile alte tratamente. RT001 - o versiune modificată a unui acid gras esențial nutrițional care trebuie obținut prin dietă - este testată în prezent într-un studiu clinic mai formal pe 19 copii cu INAD la Goryeb Children's Hospital din New Jersey și Benioff Children's Hospital din San Francisco.

„Z” și toți ceilalți copii din aceste studii au răspuns bine la tratament, ceea ce a contribuit la oprirea unor deteriorări cauzate de INAD. De curând a sărbătorit a patra aniversare și este acum la preșcolar cu normă întreagă. Se așteaptă ca o soluție potențială de terapie genetică pentru INAD să fie gata pentru studii clinice în câțiva ani la Spitalul Great Ormond Street din Londra, Marea Britanie. Se speră că medicamentul experimental RT001 o va feri de declinul ulterior până când va fi disponibilă o terapie genetică.