ИСТИНА

Создание инновационной технологической платформы на основе биосовместимых синтетических полимерных ловушек для ксенобиотиков, которая может широко применяться в области нейтрализации токсичных веществ и их удаления из организма человека и животных.

This project focuses on the development of fully synthetic polymeric scavengers as a medicinal platform technology for detoxification from toxic xenobiotics. The overburden of the body systems with various contaminants has become a problem of paramount importance due to increased pollution and population exposure to toxic contaminants, pathogenic bacteria and venomous animals, the need of prevention and treatment of opiate addiction, poisoning with toxic medications, and risk of exposure to biological and chemical warfare agents. The current toxin neutralization strategies using biological molecules suffer from several major drawbacks, and existing antidotes are limited to a small number of toxic agents. We propose a novel strategy for generating polymeric scavengers against targeted xenobiotics that uses biocompatible water-soluble polymer equipped with chemical moieties that can bind toxic xenobiotics with specificity and selectivity characteristic of biological macromolecules and then remove them from the body via renal clearance. In this strategy we will generate a chemically diverse library of polymeric scavenger candidates from a single polymeric precursor using combinatorial polymeranalogous “click” chemistry and test this candidate library for binding with the targeted xenobiotic compounds. We will employ a novel active learning methodology, “computer-aided chemical panning” (CACP), based on cheminformatics and artificial intelligence (AI) for the rational design of the optimal library of polymeric scavengers with the smallest possible number of data points. We will be synthesizing and testing the polymeric scavenger candidates teratively and progressively evolving those structures using the active learning for every targeted xenobiotic, until from 3 to 5 successful polymeric scavengers are identified. These best polymeric scavenger candidates will be validated for their ability to bind the targeted xenobiotic in the presence of serum proteins. Our goal is to demonstrate proof of principle and develop a platform technology that can be broadly applied in the detoxification field. As model xenobiotic compounds for this study we selected a representative panel of toxins that differ in chemical structure, molecular mass, origin and mechanism of function. These toxins include cholera toxin B subunit (CTB), mycotoxin Ochratoxin A (OTA), polypeptide toxin Conotoxin M1, opioid peptides adrenorphin and α-endorphin as well as and gluten immunogenic peptide β-hordein. These toxins represent significant health risk and the development of successful scavengers for them could result in substantial benefit to the human health.

Основными ожидаемыми научными результатами проекта являются валидация технологии новой платформы и внедрение методологии активного обучения для создания и отбора полимерных ловушек на базе селективно связывающих полимеров для субъединицы холерного токсина B (CTB), микотоксина Ochratoxin A (OTA) и других токсинов. Токсины могут представлять значительную опасность для здоровья человека, и для многих соединений на данный момент не существует известного антидота. Разработка полностью синтетических селективно связывающих полимерных ловушек, которые могут селективно нейтрализовывать и затем безопасно выводить из организма эти токсичные соединения, имеет большое значение и может принести большую пользу для здоровья.

Исследована аффинность к асиалогликопротеиновому рецептору (ASGPR) ряда лигандов три- и тетратерпеновой природы, хинолиновой природы. Получены равновесные константы диссоциации (KD) лиганд-рецепторных комплексов методом спектроскопии поверхностного плазмонного резонанса. Полученные данные использовались при проведении анализа взаимосвязи «структура-функция» для дальнейшего конструирования высокоаффинных соединений-лигандов для направленной на гепатоциты доставки лекарств. Разработана методика иммобилизации низкомолекулярных соединений на золотом чипе для исследования методом спектроскопии поверхностного плазмонного резонанса. Исследовано влияние ионной силы и кислотности среды на уровень иммобилизации.

С целью создания библиотеки полимеров для связывания ксенобиотиков охратоксина альфа (ОТА) и холерного токсина В (CTB), которые обеспечивали бы максимально широкий спектр различных способов связывания, были отобраны молекулы для модификации боковой цепи полимеров. Получен азид-модифицированный полимер-предшественник для синтеза полимерных ловушек. Для модификации боковых групп полимера-предшественника использовали реакцию азид-алкинового циклоприсоединения, катализируемого Cu(I). Связывание токсичных ксенобиотиков изучали с помощью спектроскопии поверхностного плазмонного резонанса. Отработана методика иммобилизации токсического ксенобиотика низкомолекулярной природы. Для определения способности полимеров-кандидатов связываться с ксенобиотиком охратоксином А определяли равновесные константы диссоциации комплекса «полимер-кандидат – ксенобиотик» (KD). Обнаружена явная зависимость параметра KD от структуры боковой цепи молекулы полимерной ловушки. Полученные соединения показали равновесные константы диссоциации комплекса «полимер-кандидат – ксенобиотик (охратоксин А)» в диапазоне от десятков мМ до десятков мкМ. Полученные экспериментальные данные были использованы для создания предиктивной модели путем обучения алгоритма компьютерного химического пэннинга («computer-aided chemical panning», CACP). С помощью предиктивной модели были отобраны возможные соединения-лидеры. Процедура САСР была использована для поиска модифицированных полимеров с высоким сродством к ОТА. После проведения трех расчетно-экспериментальных итераций с использованием активного обучения, потребовавших синтеза и экспериментального изучения 11 полимеров, было найдено 5 полимеров с константой диссоциации ниже 1.5 мМ, из которых 4 характеризовались KD ниже 0.1 мМ. Таким образом, предлагаемый в рамках проекта протокол поиска модифицированных полимеров, обладающих селективностью к низкомолекулярным ксенобиотикам показал высокую эффективность. Для подтверждения способности лучших соединений-кандидатов специфически связывать низкомолекулярный токсичный ксенобиотик в растворе был использован метод разделения мицеллярной и связанной с белками крови фракций исследуемого вещества методом обращенно-фазовой экстракции. Была продемонстрирована способность лучших соединений-кандидатов специфически связывать целевой ксенобиотик в присутствии сывороточных белков. Полученные значения степени связывания коррелируют с равновесными константами диссоциации комплексов «полимер-кандидат – ксенобиотик (охратоксин А)», полученными с применением метода спектроскопии поверхностного плазмонного резонанса. Степень связывания лучших отобранных кандидатов достигала ~70%.