Naučno putovanje koje je decenijama nastajalo na Univerzitetu Duke pronašlo je novu strategiju antibiotika za poraz gram-negativnih bakterija kao što su Salmonella, Pseudomonas i E. coli, krivci za mnoge infekcije urinarnog trakta (UTI). Sintetički molekul deluje brzo i izdržljiv je na testovima na životinjama.
Deluje tako što ometa sposobnost bakterije da napravi svoj spoljašnji lipidni sloj. „Ako poremetite sintezu spoljašnje membrane bakterije, bakterije ne mogu da prežive bez nje“, rekao je glavni istraživač Pei Džou, profesor biohemije na Medicinskom fakultetu Duke. „Naše jedinjenje je veoma dobro i veoma moćno.
Jedinjenje, nazvano LPC-233, je mali molekul koji se pokazao efikasnim u uništavanju biosinteze lipida spoljašnje membrane u svakoj gram-negativnoj bakteriji protiv koje je testirana. Koautori sa Univerziteta u Lilu u Francuskoj testirali su ga na kolekciji od 285 bakterijskih sojeva, uključujući neke koji su bili veoma otporni na komercijalne antibiotike, i sve ih je ubio.
I radi brzo. „LPC-233 može smanjiti vitalnost bakterija za 100.000 puta u roku od četiri sata“, rekao je Džou.
Jedinjenje je takođe dovoljno izdržljivo da preživi sve do urinarnog trakta nakon oralne primene, što ga može učiniti vitalnim sredstvom protiv tvrdoglavih infekcija urinarnog trakta (UTI).
Testovi sprovedeni pri visokim koncentracijama jedinjenja pokazali su „izuzetno niske stope spontanih mutacija otpornosti u ovim bakterijama“, navodi se u radu koji opisuje nalaze, a koji se pojavljuje u Science Translational Medicine.
U studijama na životinjama, jedinjenje je bilo uspešno kada se davalo oralno i intravenozno ili injektirano u abdomen. U jednom eksperimentu, miševi kojima je data ono što je trebalo da bude fatalna doza bakterija otpornih na više lekova spašeni su novim jedinjenjem.
Potraga za ovim jedinjenjem trajala je decenijama zbog specifičnosti i sigurnosti koje se zahtevaju od sintetičkog molekula.
Džou pripisuje zasluge svom pokojnom kolegi, bivšem predsedniku Duke biohemije Kristijanu Recu, što je započeo potragu pre nekoliko decenija. „Proveo je celu svoju karijeru radeći na ovom putu“, rekao je Džou. „Dr Raetz je predložio konceptualni plan za ovaj put 1980-ih i trebalo mu je više od dve decenije da identifikuje sve igrače“, rekao je Džou.
Cilj novog leka je enzim koji se zove LpkC koji je drugi enzim u „Raetz putu“ i neophodan je za stvaranje lipida spoljašnje membrane kod gram-negativnih bakterija.
Raetz se pridružio Dukeu kao predsednik biohemije 1993. godine nakon što njegov rad na ovom putu u Merck & Co. nije uspeo da proizvede uspešnog kliničkog kandidata. Antibiotik Merck je radio, ali samo protiv E. coli, tako da nije bio komercijalno održiv i farmaceutska kompanija ga je odbacila.
„On me je zapravo regrutovao kod Djuka da radim na ovom enzimu, u početku samo iz perspektive strukturne biologije“, rekao je Džou, koji je došao u Djuka 2001.
Zhou i Raetz su rešili strukturu enzima LpkC i otkrili molekularne detalje nekoliko potencijalnih inhibitora. „Shvatili smo da možemo da podesimo jedinjenje kako bismo ga učinili boljim“, rekao je Džou. Od tada, Zhou radi sa svojim kolegom, profesorom hemije Duke Erikom Tooneom, na stvaranju snažnijih LpkC inhibitora.
Prvo ispitivanje LpkC inhibitora na ljudima nije uspelo zbog kardiovaskularne toksičnosti. Fokus daljeg rada Duke grupe bio je da se izbegnu kardiovaskularni efekti uz održavanje potentnosti jedinjenja.
Radili su na više od 200 različitih verzija inhibitora enzima, uvek tražeći bolju sigurnost i veću potenciju. Druga jedinjenja su radila u različitom stepenu, ali jedinjenje broj 233 je bilo pobednik.
LPC-233 se uklapa u mesto vezivanja na enzimu LpkC i sprečava ga da radi svoj posao. „To se uklapa na pravi način da inhibira stvaranje lipida“, rekao je Zhou. „Ometamo sistem.“
Dodavajući svojoj izdržljivosti, smeša radi po izuzetnom procesu u dva koraka, rekao je Zhou. Nakon početnog vezivanja za LpkC, kompleks enzim-inhibitor donekle menja svoj oblik da bi postao još stabilniji kompleks.
Životni vek vezivanja inhibitora u ovom stabilnijem kompleksu je duži od veka trajanja bakterije. „Mislimo da to doprinosi potenciji, jer ima polutrajan efekat na enzim“, rekao je on. „Čak i nakon što telo metaboliše nevezani lek, enzim je i dalje inhibiran zbog izuzetno sporog procesa disocijacije inhibitora“, rekao je Džou.
Postoji više patenata koji se prijavljuju na seriju jedinjenja, a Toone i Zhou su suosnivali kompaniju pod nazivom Valanbio Therapeutics, Inc. koja će tražiti partnere koji će dovesti LPC-233 kroz klinička ispitivanja faze 1 kako bi se procenila bezbednost i efikasnost u ljudi.
„Sve ove studije su rađene na životinjama“, rekao je Džou. „Na kraju, kardiovaskularnu bezbednost treba testirati na ljudima.
Sintezu LPC-233 velikih razmera prvi je izvršio Dejvid Guden u Duke Small Molecule Sinthesis Faciliti. Vance Fovler i Joshua Thaden (Duke School of Medicine), Zikiang Guan (Biohemija) i Ivan Spasojević (Duke PK/PD Core) pomogli su u in vivo studijama, spektrometriji mase i analizi farmakokinetike.
