Biolumineszenz-sensoren machen neue Ansätze in der Medikamentenentwicklung möglich

Kanadische Forscher in Zusammenarbeit mit brasilianischen Kollegen, entwickelten 13 Biolumineszenz-sensoren für die Verwendung in Tests, die die Wirksamkeit von neuen Arzneimitteln im Labor.

Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Science Signaling, ebnet den Weg für neue Medikamente werden getestet und charakterisiert. Die Biosensoren basieren auf der Wirkung von G-protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) sind membranständige Proteine, die in die Kommunikation zwischen Zellen.

Die Forscher hatten keine Wahl, zu studieren GPCRs durch Zufall. Zwischen einem Drittel und der Hälfte aller Medikamente, die derzeit auf dem Markt sind schätzungsweise Ziel dieser Rezeptoren.

„Diese Proteine sind Ziele für Medikamente, die zur Behandlung einer Vielzahl von Störungen und Krankheiten, darunter Allergien, Schmerzen, Bluthochdruck und diabetes, unter anderem. Die neue Biosensoren sind voraussichtlich relevant für die Entdeckung und Entwicklung neuer Medikamente für die Behandlung von noch mehr Krankheiten“, sagt Claudio Miguel da Costa-Neto, ein professor der Biochemie und Immunologie, Universität São Paulo Ribeirão Preto Medical School (FMRP-USP) in Brasilien und einer der Autoren des Artikels.

Costa-Neto erklärte, dass bis vor ein paar Jahren, die in-vitro-tests verwendet werden, in der Entwicklung neuer Medikamente — durchgeführt, bevor klinische Studien an Tiermodellen und Menschen-zeigten nur an, ob die Verbindung aktiviert oder blockiert einer bestimmten zellulären Reaktion.

„Um das Risiko einer Analogie, bis vor ein paar Jahren diese tests wurden durchgeführt, als ob es eine Lampe, die könnte zu-oder abgeschaltet werden“, sagte er. „Wir haben vor kurzem festgestellt, es möglich zu analysieren, die verschiedene Signalwege, die aktiviert werden können, die von einem rezeptor und inwieweit eine gegebene Signalweg aktiviert wird. Es ist also nicht mehr nur eine Frage von ein-oder aus-schalten. Es ist, als ob wir hatte ein Zimmer mit mehreren LED-Leuchten oder ein dimmer, und könnte sagen, wie viele Signalwege aktiviert wurden, welche, und vor allem, wie die Wege wurden aktiviert oder gesperrt werden. Unsere Biosensoren, und andere, die sind seiend entwickelt durch andere Gruppen, bieten eine vollständige Antwort, eine Signalisierung Profil, wie es war.“

Die Studie beschreibt, wie die Forscher entwickelt, validiert und verwendet eine suite von Biolumineszenz-Resonanz-Energie-transfer (BRET) — basierte Biosensoren für die Messung der verschiedenen intrazellulären Signalwege und erkennen die Wirkung von Pharmazeutika in kultivierten Zellen. Die signalkaskaden, die aus Interaktionen zwischen GPCRs und Ihrer Liganden (einschließlich Hormone und Neurotransmitter), die Kontrolle einer Vielzahl der Prozesse in den Zellen, so dass Sie wichtige Ziele für die Entdeckung neuer Arzneimittel.

Das internationale team von Forschern verwendet, Gentechnik und molekulare Biologie Techniken, um hinzuzufügen, fluoreszierende und leuchtende Enzyme (wie z.B. luciferase, die Licht erzeugende Substanz gefunden in glow-worms) der GPCR-Liganden.

„Wenn man diese Rezeptoren aktiviert, durch ein Medikament, und das protein in der Zelle interagiert mit dem rezeptor, Licht-luciferase übertragen wird, um die fluoreszierenden proteins und aktiviert es. Auf diese Weise können wir genau Messen, verschiedene Ebenen von einer Droge Aktion“, Costa-Neto sagte.

Die Studie ergab sich aus einer umfassenden Partnerschaft unter Wissenschaftler mit FMRP-USP und der kanadischen Universität von Montreal und an der McGill University. Es wurde unterstützt durch die FAPESP über ein Thematisches Projekt, ein Projekt ausgewählt, in der ein call, ausgestellt von São Paulo Forscher in der Internationalen Zusammenarbeit (SPRINT), ein Forschungs-Stipendium im Ausland vergeben Postdoc-Wissenschaftlerin Larissa de Bortoli, und ein Doktoranden-Stipendium für Sarah Capelupe Simões, sowie die März-2018 São Paulo School of Advanced Science on Medikamente: vom Ziel auf den Markt.

Validation

Die 13-Biosensoren wurden getestet auf Dutzenden von Drogen und mehrere Mutanten-Rezeptoren simuliert, dass Polymorphismen, von denen einige im Zusammenhang mit genetischen Krankheiten.

„Zu validieren, solche wichtigen Werkzeuge für die Entdeckung von neuen Drogen, die Biosensoren wurden getestet auf verschiedenen Liganden und mutierten Rezeptoren. Das Ziel war es, zu zeigen, dass es möglich ist zu erkennen, dass eine eindeutige Signalisierung Muster nicht nur, wenn ein anderes Medikament verwendet wird, sondern auch dann, wenn der rezeptor verändert“, Costa-Neto sagte.

Nach Angaben der Forscher, die Studie stellt einen Fortschritt im Verständnis der raffinierten signaling-Mechanismus, aufgrund der Anzahl von Biosensoren entwickelt, und die Technik, die in die Forschung.

„Mechanismen, wie diese bereits beschrieben worden, aber wir erheblich erweitert unser Verständnis von Ihnen. Aus diesem Grund, wir glauben, dass die neue Biosensoren, haben einen großen Einfluss auf die Entwicklung neuer Medikamente,“ Costa-Neto sagte.

„Neben der Bedeutung von GPCRs als target, ein weiterer Punkt ist, dass die Biosensoren wurden umfangreich validiert. Wir haben gezeigt, dass Sie arbeiten, reagieren gut und sind sehr zuverlässig für die Charakterisierung dieser Signalwege.“

Neben der Präzision der Werkzeuge, die Sie entwickelt, Costa-Neto hervorgehoben, Kreativität als ein wichtiges Merkmal der Studie. „Die Entwicklung von Proteinen mit der Gentechnologie beinhaltet ein großes Maß an wissen und Kreativität“, sagte er. „Einige dieser Biosensoren sind regelrechte ‚Frankenstein‘, hergestellt durch Spleißen zusammen verschiedene Bauteile von unterschiedlichen Proteinen. Es war eine sehr kreative Arbeit.“