Биофизики выяснили механизм работы световых "выключателей" лекарств

ТАСС, 17 февраля. Ученые исследовали взаимодействие белков человека и молекул фотоактивируемых лекарств от ишемии и эпилепсии. Благодаря этому подобные препараты можно будет сделать гораздо эффективнее, пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в Journal of the American Chemical Society.

"Зная, каким образом фотоактивируемое лекарство воздействует на белок, к которому оно подходит, мы сможем не только с нуля быстрее и точнее разрабатывать подобные лекарства при помощи компьютерных методов, но и (в более отдаленной перспективе) создать более безопасные лекарственные препараты, которые можно будет "включать" и "выключать" просто воздействием света с разными длинами волн", – рассказал один из авторов исследования, профессор МФТИ Альберт Гуськов.

Ученые активно работают над лекарственными препаратами, которые могут избирательно и точечно действовать на отдельные органы или клетки человека или же проникать внутрь раковых опухолей. Как правило, ученые добиваются этого, встраивая в существующие лекарства системы, позволяющие управлять поведением этих веществ.

К примеру, для этого часто используют полые наночастицы, движением которых можно управлять с помощью ультразвука, магнитных полей или лазера. Когда такие структуры достигают цели, ученые дестабилизируют их, что высвобождает лекарство и позволяет ему достичь цели.

Аналогичного эффекта можно добиться, если встроить в саму молекулу лекарства так называемый "фотопереключатель". Так биофизики называют короткие молекулы, форма и свойства которых резко меняются в зависимости от того, облучают ее светом или нет. Присоединив подобное вещество к лекарству или встроив его в оболочку из других молекул, окружающих препарат, можно гибко управлять активностью последнего.

Лекарства нового поколения

Несмотря на то, что за последние годы создано несколько десятков перспективных препаратов на основе фотопереключателей, ученые пока слабо представляют, как они работают. Авторы новой работы восполнили этот недостаток. Они проследили, как фотоактивируемые лекарства, предназначенные для борьбы с эпилепсией и ишемией, взаимодействуют с их целью – белком-транспортировщиком глутамата.

Глутамат представляет собой одну из важнейших сигнальных молекул нервной системы, которая непосредственно участвует в передаче возбуждающих сигналов между нейронами. Переизбыток или недостаток глутамата приводит к развитию серьезнейших проблем для здоровья сердечной ткани и мозга. Ученые пытаются бороться с этим, блокируя белки из семейства EAAT, транспортирующие эту сигнальную молекулу из внешней среды внутрь нейронов и клеток сердца.

Гуськов и его коллеги выяснили, по какому механизму экспериментальные светочувствительные лекарства действуют на эти белки. Для этого они получили очень четкие фотографии этих соединений с почти атомным разрешением, используя ускорители частиц и методы рентгеновской кристаллографии.

Эти снимки и последующие расчеты помогли ученым найти небольшие изменения в характере формирования химических связей между молекулами фотопереключателя и белками EAAT. Они объясняли, почему лекарства значительно сильнее действовали на транспортировщики глутамата в темноте, чем при их освещении светом.

Подобные сведения, как считают авторы работы, помогут разработать еще более эффективные формы этих лекарственных препаратов, защищающих ткани сердца и мозга эпилептиков от "перегрузки" глутаматом. В ближайшее время Гуськов и его коллеги планируют проверить работу уже созданных препаратов такого рода в опытах на животных.