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Identificación y validación de objetivos en el descubrimiento de fármacos

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Identificación y validación de objetivos en el descubrimiento de fármacos

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La clave para un buen diseño de fármacos es trabajar y capturar el espectro clínico de la enfermedad y el papel exacto que juega un posible objetivo terapéutico en la enfermedad. En palabras del investigador alemán Paul Ehrlich, conocido por sus innumerables contribuciones al campode farmacología, "corpora non agunt nisi fixate" - las drogas no actuarán a menos que estén ligadas. 1 El Diccionario Oxford de Bioquímica y Biología Molecular define un fármaco diana como "una entidad biológica generalmente una proteína o un gen que interactúa con un compuesto en particular y cuya actividad es modulada por él".

Este artículo destaca las propiedades de un objetivo farmacológico atractivo, describe los enfoques utilizados para identificar los objetivos y analiza los pasos clave involucrados en la validación del objetivo y los beneficios y desafíos de usar siRNA para validar los objetivos.

"Una buena diana de fármaco debe ser relevante para el fenotipo de la enfermedad y debe ser susceptible de modulación terapéutica. Al mismo tiempo, debe tener una buena ventana terapéutica para asegurar que cualquier modalidad terapéutica dirigida a la diana no cause efectos secundariosefectos al interrumpir la función fisiológica del objetivo en el tejido sano. " Dr. Kilian VM Huber , Structural Genomics Consortium & Target Discovery Institute, Universidad de Oxford.

Identificación del objetivo


Identificación de una diana biológica que es 'farmacológica': una diana se denomina 'farmacológica' si su actividad comportamiento o función puede ser modulada por un tratamiento, ya sea un fármaco de molécula pequeña o biológico. Las proteínas y los ácidos nucleicos sonambos ejemplos de objetivos biológicos. 2

¿Pero qué hace que un objetivo sea 'bueno'?

Propiedades de un objetivo farmacológico prometedor 2
  1. El objetivo tiene un papel confirmado en la fisiopatología de una enfermedad y / o modifica la enfermedad.
  2. La expresión objetivo no se distribuye uniformemente por todo el cuerpo.
  3. La estructura 3D del objetivo está disponible para evaluar la farmacibilidad.
  4. El objetivo se habilita fácilmente 'ensayable' cribado de alto rendimiento .
  5. El objetivo posee un prometedor perfil de toxicidad , los efectos adversos potenciales se pueden predecir utilizando datos fenotípicos.
  6. El objetivo propuesto tiene un estado de propiedad intelectual IP favorable relevante para las empresas farmacéuticas


Estrategias para identificar objetivos de drogas


Muchos objetivos se identifican inicialmente utilizando literatura científica 2 y bases de datos públicas como DrugBank o TTD . Este método popular para identificar objetivos de fármacos puede generar competencia entre los desarrolladores de fármacos. Cuando se trata de avanzar en el proceso de descubrimiento de fármacos, algunos están dispuestos a aceptar un mayor riesgo científico para impulsar objetivos que quizás tengan menos información disponible, pero también menos competencia, mientras que otros son más audaces y están dispuestos a aceptar una mayor competencia con la esperanza de impulsar objetivos 'más establecidos'. 2

Además de la literatura, existen muchas otras estrategias de identificación de objetivos, que pueden basarse en una de dos estrategias de identificación de objetivos Figura 2. La primera es deconvolución objetivo - en este escenario, comienza con un medicamento que parece eficaz y el objetivo se identifica retrospectivamente. El otro se conoce como descubrimiento de destino - este enfoque funciona con el concepto de que 'si desea un nuevo fármaco, debe encontrar un nuevo objetivo', una vez que se identifica un objetivo, las bibliotecas de compuestos se analizan para encontrar un fármaco que se una al objetivo y provoque el efecto deseado.

Figura 2: Descripción general de la deconvolución del objetivo frente al descubrimiento del objetivo.

"En principio, no existe un requisito reglamentario para conocer el objetivo molecular de un fármaco o candidato clínico, ya que lo único que importa al final es que un fármaco sea seguro y eficaz. De hecho, hay varios fármacos aprobados para los quese desconoce el mecanismo de acción. Sin embargo, el proceso de desarrollo de fármacos se facilita enormemente si se conoce el objetivo, ya que esto permite el diseño racional de nuevas moléculas con mejores perfiles de potencia y seguridad ". Dr. Kilian VM Huber, Structural Genomics Consortium &Target Discovery Institute, Universidad de Oxford.

Desconvolución de destino frente a descubrimiento de destino


El enfoque fenotípico para el descubrimiento de fármacos cae dentro del ámbito de deconvolución objetivo e implica exponer células, tejidos aislados o modelos animales a moléculas pequeñas para determinar si una molécula candidata específica ejerce el efecto deseado, que se observa mediante un cambio en el fenotipo. 3 Si bien se pueden usar numerosos modelos animales para la caracterización de moléculas pequeñas y enfoques de detección de fármacos a pequeña escala, el uso de células de mamíferos a menudo se favorece debido a su compatibilidad con la detección de alto rendimiento HTS y su mayor relevancia fisiológica.

El enfoque fenotípico va más allá de las proteínas o los ácidos nucleicos individuales e implica el estudio de vías de señalización completas. El efecto del fármaco se determina antes de identificar el objetivo biológico fármaco específico que subyace a la respuesta fenotípica observada.

Desconvolución objetivo


Desconvolución objetivo se puede lograr mediante numerosos métodos incluyendo; cromatografía de afinidad, clonación de expresión, micromatriz de proteínas, micromatriz de células con 'transfección inversa' y supresión bioquímica. 4

Ventajas y desafíos del descubrimiento de fármacos fenotípicos


La mayor ventaja que tienen los enfoques fenotípicos sobre los basados ​​en objetivos es su capacidad para demostrar la eficacia de un fármaco en el contexto de un entorno celular. El fármaco actúa sobre el objetivo en su contexto biológico 'normal', en lugar de sobre unobjetivo en una pantalla bioquímica.

El costo, la disponibilidad de células, la metodología de ensayo compleja y el rendimiento son todos desafíos potenciales asociados con las pantallas fenotípicas basadas en células. Sin embargo, a medida que los ensayos se miniaturizan y el uso de modelos celulares tridimensionales organoides y esferoides continúa ganando impulso, se han mejorado tanto la escalabilidad como la relevancia fisiológica, lo que ha llevado a una mayor adopción de enfoques fenotípicos.

Además, este resurgimiento en el cribado fenotípico ha alentado nuevos avances tecnológicos importantes, incluido el desarrollo de tecnologías de células iPS, herramientas de edición de genes y detección e imágenes ensayos, 5 que nuevamente han tenido un impacto positivo en este enfoque.


descubrimiento de destino


adentro descubrimiento de fármacos basado en objetivos , los objetivos biológicos de fármacos ya están establecidos o 'descubiertos' antes de que comience el descubrimiento de clientes potenciales, por lo tanto descubrimiento de destino es la piedra angular del cribado basado en objetivos. 6 Se conoce el papel de la diana en el proceso de una enfermedad, esta diana se usa luego para crear ensayos relevantes basados ​​en sistemas, y se examinan vastas bibliotecas de compuestos en busca de un 'acierto': un fármaco candidato. 3,4

Ventajas y desafíos del descubrimiento basado en objetivos


El hecho de que el conocimiento del mecanismo molecular de un candidato a fármaco se entienda a partir de la compensación se presenta como una ventaja clave sobre los enfoques fenotípicos y los métodos basados ​​en objetivos suelen ser más fáciles de llevar a cabo, menos costosos de desarrollar y el proceso generalmente es más rápido. 6

El descubrimiento de fármacos basado en objetivos puede aprovechar numerosos enfoques incluida la cristalografía, el modelado computacional, la genómica, la bioquímica y cinética de unión para descubrir exactamente cómo interactúa un fármaco con el objetivo de interés, lo que permite : 6

  • Desarrollo de la relación estructura-actividad SAR la relación entre la estructura y la actividad biológica de una molécula
  • Desarrollo de biomarcadores
  • Descubrimiento de terapias futuras que actúan en el objetivo específico de interés

Tabla 1: Descripción general de las técnicas de deconvolución, descubrimiento y validación de objetivos.
técnica enfoque de descubrimiento de fármacos
cromatografía de afinidad
Desconvolución objetivo
Expresión-clonación
Desconvolución objetivo
micromatriz de proteínas
Desconvolución objetivo
micromatriz de células transfectadas inversamente
Desconvolución objetivo
supresión bioquímica
Desconvolución objetivo
ARNip
Deconvolución / descubrimiento / validación de destino
micromatriz de ADN
descubrimiento de destino
Biología de sistemas
descubrimiento de destino
Estudio de medicamentos existentes
descubrimiento de destino

Validación de objetivos de fármacos


La validación de la diana es el proceso de demostrar el papel funcional de la diana identificada en el fenotipo de la enfermedad. 7 Si bien la validación de la eficacia y toxicidad de un fármaco en numerosos modelos celulares y animales relevantes para la enfermedad es extremadamente valiosa, la prueba definitiva es si el fármaco funciona en un entorno clínico. 8,9

La validación del objetivo se puede dividir en dos pasos clave.

  1. Reproducibilidad. Una vez que se identifica el objetivo de un fármaco, ya sea mediante una técnica específica Tabla 1 o mediante la revisión de la literatura, el primer paso es repetir el experimento para confirmar que se puede reproducir con éxito.

  2. Introducir variación en el ligando fármaco -objetivo-entorno .
- Debería ser posible modular la afinidad del fármaco por el objetivo modulando la actividad de la molécula del fármaco.
- Variando el tipo de célula o tejido, debería o no debería alterar el efecto del fármaco.
- La introducción de mutaciones en el dominio de unión de la proteína diana debería resultar en modulación o pérdida de actividad del ligando fármaco. 8

"La única validación real es si un medicamento resulta ser seguro y eficaz en un paciente, un desafío importante es que muchos objetivos fallan tarde en la clínica, varios años después del inicio del proyecto. Por lo tanto, tenemos que mejorarnuestra capacidad para identificar objetivos prometedores desde el principio y la ciencia abierta y el intercambio de datos pueden ayudar en este sentido ". Dr. Kilian VM Huber, Structural Genomics Consortium & Target Discovery Institute, Universidad de Oxford.

ARNip para la validación del objetivo


Se pueden utilizar varias técnicas diferentes de validación del objetivo para dilucidar la función del objetivo 7 sin embargo, con mucho, el enfoque más popular y utilizado es el que se utiliza pequeños ARN interferentes ARNip. 7,9 siRNA le permite imitar el efecto del fármaco a través de la modulación del mRNA, lo que resulta en la supresión temporal de un producto genético: el objetivo de su fármaco. 8 Por lo tanto, es posible demostrar el 'valor' del objetivo sin usar / tener realmente el fármaco. Al observar el efecto fenotípico que resulta de una disminución en la proteína objetivo, puede confirmar si el objetivo justifica un mayor desarrollo.

Tabla 2: Ventajas y desventajas del ARNip
Ventajas 8 Desventajas 8
Puede investigar el efecto de inhibir un objetivo potencial sin tener un medicamento
Desregular un gen no es lo mismo que inhibir una región específica del producto génico objetivo
siRNA le permite imitar el efecto de un fármaco con mayor precisión que si fuera a 'noquear' un gen
La regulación a la baja de un gen puede tener un efecto más exagerado en comparación con el que se observa al disminuir la concentración del producto génico objetivo
No se requiere conocimiento de la estructura de la proteína para usar ARNip
Es posible que todavía se produzca algo de síntesis de proteínas, ya que no es posible lograr una regulación negativa del 100% con ARNip
ARNip es un método económico de validación de objetivos
la entrega de ARNip es un desafío

Dado que los enfoques de descubrimiento de fármacos fenotípicos y basados ​​en objetivos tienen beneficios y desafíos distintos, tal vez en lugar de ser vistos como estrategias de descubrimiento de fármacos opuestos, deberían verse como complementarios, que, si se usan juntos, podrían aumentar la probabilidad de descubrir un verdaderonueva estrategia terapéutica.

Referencias

1. Boscha, F., Rosich, L. 2008 Las contribuciones de Paul Ehrlich a la farmacología: un tributo en ocasión del centenario de su premio Nobel. Farmacología, 82 3, 171-179. Doi:10.1159 / 000149583
2. Gashaw, I., Ellinghaus, P., Sommer, A. y Asadullah, K. 2012. ¿Qué hace que un fármaco sea un buen objetivo? Drug Discovery Today, 17, S24-S30. Doi: 10.1016 /j.drudis.2011.12.008
3. Owens, J. 2018. Detección fenotípica frente a detección basada en objetivos para el descubrimiento de fármacos. Obtenido de http://www.news-courier.com/drug-discovery/articles/phenotypic-versus-target-based-cribado-para-descubrimiento-de-fármacos-300037
4. Terstappen, G., Schlüpen, C., Raggiaschi, R. y Gaviraghi, G. 2007. Estrategias de desconvolución de objetivos en el descubrimiento de fármacos. Nature Reviews Drug Discovery, 6 11, 891-903. Doi: 10.1038 / nrd2410
5. Moffat, J., Vincent, F., Lee, J., Eder, J. y Prunotto, M. 2017. Oportunidades y desafíos en el descubrimiento de fármacos fenotípicos: una perspectiva de la industria. Nature Reviews Drug Discovery,16 8, 531-543. Doi: 10.1038 / nrd.2017.111
6. Croston, G. 2017. La utilidad del descubrimiento basado en objetivos. Opinión de experto sobre descubrimiento de fármacos, 12 5, 427-429. Doi: 10.1080 / 17460441.2017.1308351
7. Lindsay, MA 2003. Target discovery. Nature Reviews Drug Discovery volumen 2, páginas 831–838. Doi: 10.1038 / nrd1202
8. Wermuth, C., Aldous, D., Raboisson, P. y Rognan, D. 2015. The Practice of Medicinal Chemistry 4a ed., Págs. 45-70.
9. Jain, K. 2004. ARNi y ARNip en la validación de la diana. Drug Discovery Today, 9 7, 307-309. Doi: 10.1016 / s1359-6446 04 03050-8

Conozca al autor
Laura Elizabeth Lansdowne
Editor gerente
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