Ingineria unui analog GLP-1 puternic cu acțiune îndelungată pentru PNAS de livrare transdermică pe bază de microstructură

  • Găsiți acest autor pe Google Scholar
  • Găsiți acest autor pe PubMed
  • Căutați acest autor pe acest site
  • Pentru corespondență: awoods @ calibr.orgschultz @ scripps.eduwshen @ calibr.org
  • Găsiți acest autor pe Google Scholar
  • Găsiți acest autor pe PubMed
  • Căutați acest autor pe acest site
  • Pentru corespondență: awoods @ calibr.orgschultz @ scripps.eduwshen @ calibr.org

Contribuit de Peter G. Schultz, 18 februarie 2016 (trimis spre examinare 24 decembrie 2015; revizuit de William F. DeGrado și Marc Montminy)

glp-1

Semnificaţie

Multe peptide terapeutice suferă de timp de înjumătățire plasmatică scurt și, în consecință, necesită injecții frecvente pentru a fi eficiente terapeutic; la rândul său, acest lucru poate afecta negativ complianța pacientului. Aici, descriem dezvoltarea unei noi strategii de inginerie a peptidelor care încorporează un motiv de legare a proteinelor serice într-o bază covalentă a lanțului lateral. Această abordare a fost utilizată pentru a genera analogi de peptidă-1 asemănători glucagonului cu acțiune îndelungată, cu potență comparabilă cu exendina-4 și proprietăți farmacocinetice îmbunătățite semnificativ. Administrarea printr-un sistem transdermic bazat pe microstructură dizolvabilă a dus la concentrații terapeutice susținute în sânge cu activitate de scădere a glucozei la cobai. Această abordare oferă probabil o platformă generală și simplă pentru generarea de hormoni peptidici cu acțiune lungă capsată pentru o serie de aplicații terapeutice.

Abstract

Receptorii cuplați cu proteina G din familia B (GPCR) includ receptori pentru hormoni peptidici cum ar fi glucagon, peptidele asemănătoare glucagonului 1 și 2 (GLP-1 și -2), hormonul paratiroidian (PTH) și factorul de eliberare a corticotropinei. Încercările de a genera modulatori cu molecule mici ale acestor receptori au avut un succes limitat, în timp ce liganzii peptidici s-au dovedit a fi agenți terapeutici eficienți, după cum se exemplifică prin exenatidă (alias exendin-4 sau Ex-4) și agonistul receptorului GLP-1 pentru diabet, și teriparatidă, un agonist al receptorilor PTH1 pentru osteoporoză (1). Cu toate acestea, medicamentele pe bază de peptide suferă în general de perioade de înjumătățire scurtă din cauza degradării proteolitice și a clearance-ului renal rapid, ceea ce face necesare doze mai mari și injecții frecvente, ceea ce afectează negativ complianța pacientului (2). Pentru a-și îmbunătăți proprietățile farmacologice, peptidele au fost modificate chimic prin restricție conformațională (3 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –13) pentru a crește potența și a reduce proteoliza, precum și prin lipidare (14 ⇓ –16), conjugarea polimerului F ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –23), și fuziunea proteinelor (24 ⇓ –26) pentru scăderea clearance-ului renal. Deși acești ultimi conjugați pot avea perioade de înjumătățire circulatorie îmbunătățite, adesea suferă de o potență redusă și, ca urmare, necesită injectarea unor cantități relativ mari de peptide modificate.

Agoniștii receptorilor GLP-1 (GLP-1RAs) reprezintă o abordare unică a tratamentului diabetului, cu beneficii dincolo de controlul glucozei, inclusiv efecte benefice asupra greutății corporale, tensiunii arteriale, nivelului de colesterol și funcției celulelor beta (27). În prezent, în Statele Unite sunt aprobate două GLP-1RA cu acțiune scurtă (exenatidă și liraglutidă; administrare o dată sau de două ori pe zi) și trei cu acțiune lungă (albiglutidă, dulaglutidă și exenatidă LAR; administrare săptămânală). Aceste medicamente imită efectele hormonului incretinic GLP-1 care apar în mod natural prin activarea receptorilor GLP-1 în pancreas, ceea ce duce la eliberarea îmbunătățită a insulinei și eliberarea redusă a glucagonului într-o manieră dependentă de glucoză - cu un risc în consecință scăzut de hipoglicemie. Efectele acestor GLP-1RAs asupra receptorilor GLP-1 din SNC și tractul gastro-intestinal conduc, de asemenea, la apetitul redus și absorbția întârziată a glucozei, cu scăderea în greutate concomitentă (28).

Având în vedere biodisponibilitatea lor orală limitată, aceste GLP-1RA sunt date în prezent sub formă de s.c. injecţie. Livrarea transdermică este o alternativă atractivă, deoarece este relativ neinvazivă și nedureroasă și evită efectul de primă trecere (29). Microstructurile, cunoscute și sub numele de microacele, sunt structuri la scară micrometrică care pătrund în stratul de barieră al stratului cornos al pielii, creând conducte temporare pentru medicamente care nu pot pătrunde pasiv în piele datorită dimensiunii lor moleculare mari și a naturii hidrofile (30, 31). Această tehnologie necesită molecule extrem de puternice, dar oferă o serie de avantaje, inclusiv administrarea fără durere și simplificată, și a fost evaluată cu succes pentru livrarea transdermică a unui număr de molecule mari, inclusiv vaccinuri și analogi PTH umani atât în ​​condiții preclinice cât și clinice (32, 33). Aici descriem aplicarea unui discontinus al catenei laterale de cisteină derivat din acizi grași la generarea unui analog Ex-4 puternic, cu acțiune îndelungată, care prezintă farmacocinetică și farmacodinamică excelente atunci când este administrat la cobai prin microstructuri dizolvabile.

Rezultate si discutii

Cross-Linker și design peptidic.

Proiectarea, activitatea in vitro și alfa-helicitatea analogilor Ex-4 reticulați. (A) Secvențe de Ex-4 și mutanții săi dubli cisteină distanțați la i, i + 7; i, i + 11 și i, i + 14. (B) Model structural al Ex-4 (9-39) legat de domeniul amino-terminal al receptorului GLP-1 (codul PDB ID 3C59), cu site-urile de reticulare colorate în galben. (C) Structuri de legături încrucișate care conțin fracțiune bromoacetamidă: L1-L10 pe bază de alchil, L11-L12 pe bază de PEG și linkeri L-L15-L15 pe bază de acid gras PEG derivat din ornitină. (E) Activitatea in vitro a peptidelor reprezentative reticulate în testul reporter CRE-Luc mediat de GLP-1R. (F) Analiza CD a peptidelor reticulate. Datele reprezintă media ± SEM pentru experimentele efectuate în triplicat.