Jedinjenje – jedno od 27 miliona pregledanih u biblioteci potencijalnih novih lekova – preokrenulo je četiri tipa hroničnog bola u studijama na životinjama, prema novom istraživanju koje je vodio Centar za istraživanje bola NIU Stomatološki fakulte i objavljeno u Zbornik Nacionalne akademije nauka (PNAS).
Mali molekul, koji se vezuje za unutrašnji deo kalcijumovog kanala da bi ga indirektno regulisao, nadmašio je gabapentin bez problematičnih sporednih efekata, pružajući obećavajuće kandidate za lečenje bola.
Kalcijumski kanali igraju centralnu ulogu u signalizaciji bola, delimično kroz oslobađanje neurotransmitera kao što su glutamat i GABA – „valuta signala bola“, prema Rajesh Khanna, direktor Centra za istraživanje bola NIU i profesor molekularne patobiologije na NIU Dentistri. Kalcijumski kanal Cav2.2 (ili N-tipa) je meta za tri klinički dostupna leka, uključujući gabapentin (koji se prodaje pod brendovima uključujući Neurontin) i pregabalin (Lirica), koji se široko koriste za lečenje nervnog bola i epilepsije.
Gabapentin ublažava bol vezivanjem za spoljašnji deo kalcijumovog kanala Cav2.2, utičući na aktivnost kanala. Međutim, kao i mnogi lekovi protiv bolova, upotreba gabapentina često dolazi sa neželjenim efektima.
„Razvijanje efikasnog upravljanja bolom sa minimalnim nuspojavama je ključno, ali stvaranje novih terapija je bilo izazovno“, rekla je Khanna, stariji autor studije PNAS. „Umesto da direktno ide za poznatim ciljevima za ublažavanje bolova, naša laboratorija je fokusirana na indirektno ciljanje proteina koji su uključeni u bol.“
Khanna je dugo bila zainteresovana za protein nazvan CRMP2, ključni regulator kalcijumskog kanala Cav2.2 koji se vezuje za kanal iznutra. On i njegove kolege su ranije otkrili peptid (mali region aminokiselina) izveden iz CRMP2 koji bi mogao da odvoji CRMP2 od kalcijumovog kanala.
Kada je ovaj peptid – nazvan domenom 3 za vezivanje kalcijumskih kanala, ili CBD3 – isporučen ćelijama, delovao je kao mamac, blokirajući CRMP2 da se veže za unutrašnjost kalcijumskog kanala. Ovo je dovelo do manjeg ulaska kalcijuma u kalcijumski kanal i manjeg oslobađanja neurotransmitera, što je dovelo do manjeg bola u studijama na životinjama.
Peptide je teško sintetizovati kao lekove jer su kratkog dejstva i lako se razgrađuju u stomaku, pa su istraživači pokušali da stvore lek sa malim molekulima na bazi CBD3. Počevši od 15 aminokiselina koje čine CBD3 peptid, usavršili su dve aminokiseline za koje su studije pokazale da su odgovorne za inhibiciju priliva kalcijuma i ublažavanje bolova.
„U tom trenutku smo shvatili da bi ove dve aminokiseline mogle biti gradivni blokovi za dizajniranje malog molekula“, rekao je Khanna.
U saradnji sa kolegama sa Univerziteta u Pitsburgu, istraživači su pokrenuli kompjutersku simulaciju koja je pregledala biblioteku od 27 miliona jedinjenja kako bi potražila mali molekul koji bi „poklopio“ CBD3 aminokiseline.
Simulacija je suzila biblioteku na 77 jedinjenja, koje su istraživači eksperimentalno testirali da vide da li smanjuju količinu priliva kalcijuma. Ovo je dalje smanjilo grupu na devet jedinjenja, koja su procenjena korišćenjem elektrofiziologije za merenje smanjenja električnih struja kroz kalcijumove kanale.
Jedno jedinjenje, koje su istraživači nazvali CBD3063, pojavilo se kao najperspektivniji kandidat za lečenje bola. Biohemijski testovi su otkrili da je CBD3063 poremetio interakciju između kalcijumskog kanala CaV2.2 i proteina CRMP2, smanjio unos kalcijuma u kanal i smanjio oslobađanje neurotransmitera.
„Mnogi naučnici su pregledali istu biblioteku jedinjenja, ali su pokušavali da blokiraju kalcijumove kanale spolja. Naša meta, ove dve aminokiseline iz CRMP2, nalaze se u unutrašnjosti ćelije, a ovaj indirektni pristup može biti ključ za naš uspeh“, rekla je Kana.
Khanna laboratorija je zatim testirala CBD3063 sa modelima miša na bol u vezi sa povredom. Ovo jedinjenje je bilo efikasno u ublažavanju bolova i kod mužjaka i kod ženki miševa – a posebno, u direktnom testu sa lekom gabapentin, istraživači su morali da koriste daleko manje CBD3063 (1 do 10 mg) nego gabapentin (30 mg) da se smanji bol.
Da bi istražio da li je CBD3063 pomogao kod različitih vrsta hroničnog bola, Khanna se udružila sa istraživačima na Univerzitetu Virginia Commonvealth, Univerzitetu Michigan State i Univerzitetu Rutgers. Saradnici su vodili slične studije primenom CBD3063 za lečenje životinjskih modela neuropatije izazvane hemoterapijom, inflamatornog bola i bola trigeminalnog nerva – sve uspešno preokreće bol, slično gabapentinu.
Ali za razliku od gabapentina, upotreba CBD3063 nije imala neželjene efekte, uključujući sedaciju, promene u spoznaji kao što su pamćenje i učenje, ili promene u otkucaju srca i disanju.
Istraživači nastavljaju da proučavaju CBD3063, prerađujući njegov hemijski sastav i vršeći dodatne testove kako bi proučili bezbednost jedinjenja i procenili da li se razvija tolerancija.
Dugoročno, oni se nadaju da će dovesti lek koji potiče od CBD3063 u klinička ispitivanja u nastojanju da ponude nove opcije za sigurno i efikasno ublažavanje bolova.
„Identifikovanje ovog prvog u klasi malog molekula je kulminacija više od 15 godina istraživanja. Iako se naše istraživačko putovanje nastavlja, mi težimo da predstavimo superiornog naslednika gabapentina za efikasno upravljanje hroničnim bolom“, rekla je Khanna.
