Când luăm un medicament, ne interesează mai ales dacă acesta funcţionează. Mai rar ne gândim unde ajunge, de fapt, în corp şi în ce locuri acţionează în afara ţintei principale. O echipă de cercetători a dezvoltat acum o metodă care poate arăta acest traseu mult mai precis, ceea ce ar putea ajuta la înţelegerea reacţiilor adverse şi la proiectarea unor medicamente mai sigure.
O echipă de la Scripps Research a dezvoltat o tehnică de imagistică ce poate identifica celulele individuale în care ajunge un medicament.
Autorii descriu metoda într-un studiu publicat în revista Cell, unde au folosit această abordare la şoareci pentru a cartografia zonele de acţiune a două medicamente oncologice prescrise pe scară largă.
În mod obişnuit, spun cercetătorii, după ce un medicament intră în organism, interacţiunile acestuia cu ţintele celulare sunt greu de urmărit: metodele tradiţionale pot măsura concentraţia într-un organ, dar nu pot arăta exact ce tipuri de celule sunt implicate şi nici în ce alte celule ajunge, în mod neaşteptat, să interacţioneze direct, dincolo de ţintele vizate.
Studiile clinice pot demonstra eficacitatea şi pot identifica reacţii adverse frecvente, însă „ce face” medicamentul în fiecare celulă din corp nu a fost, până acum, accesibil.
Metodele anterioare de „urmărire” se bazau fie pe omogenizarea ţesuturilor pentru analiză, fie pe tehnici cu rezoluţie redusă, precum imagistica radioactivă, care oferă doar o imagine grosieră a organelor în care ajunge substanţa, nu şi a celulelor-ţintă.
În 2022, laboratorul a prezentat CATCH, o metodă care evidenţiază celulele de la suprafaţa unor organe, precum creierul, în care medicamentele ajung să interacţioneze direct cu ţintele lor.
În noul studiu, echipa a extins această strategie la nivelul întregului organism, inclusiv în profunzimea unor organe mari, precum creierul, inima şi plămânii; varianta actualizată a fost numită vCATCH.
Metoda funcţionează pentru medicamente covalente, acele substanţe care formează legături permanente cu ţintele lor.
Înainte de administrarea la şoareci, cercetătorii au adăugat medicamentului un mic marker chimic. După ce medicamentul ajunge în ţesuturi, probele recoltate sunt tratate cu o etichetă fluorescentă şi cu o moleculă de cupru care permite o reacţie chimică rapidă, prin care eticheta se leagă de markerul medicamentului, făcând vizibile locurile unde a ajuns fiecare moleculă de medicament.
Reacţia folosită este un tip de „click chemistry” (chimie de tip „click”, în care moleculele se „cuplează” selectiv), dezvoltată la Scripps Research de K. Barry Sharpless, laureat al Premiului Nobel pentru Chimie în 2022 pentru această invenţie.
Pentru ca vCATCH să funcţioneze şi în interiorul organelor, nu doar la suprafaţă, echipa a avut de depăşit o problemă majoră: proteinele din ţesuturi „captau” cuprul necesar reacţiei, iar elementul nu mai reuşea să ajungă în straturile profunde ale organelor; în consecinţă, semnalul fluorescent se vedea aproape exclusiv la suprafaţă.
Soluţia a fost să trateze mai întâi ţesuturile cu o cantitate mare de cupru, astfel încât proteinele care îl „captau” să fie deja saturate şi să nu mai împiedice pătrunderea acestuia în profunzime. Apoi au repetat de până la opt ori expunerea controlată a ţesuturilor la soluţii cu cupru şi la eticheta fluorescentă, în cicluri succesive, astfel încât reacţia de marcare să pătrundă şi în interiorul organelor.
În alte metode de imagistică, repetarea acestor paşi ar putea produce semnale nespecifice („zgomot de fundal”), pe măsură ce agenţii de marcare s-ar acumula şi în zone care nu sunt ţinte reale; în vCATCH, spun autorii, acest lucru este evitat datorită selectivităţii foarte ridicate a reacţiilor.
Metoda generează volume foarte mari de date (de ordinul mai multor terabiţi), astfel că echipa a colaborat cu specialişti pentru a dezvolta fluxuri de analiză bazate pe inteligenţă artificială (AI), care pot identifica automat celulele în care a ajuns medicamentul, în creier şi în restul corpului.
Ca test, cercetătorii au cartografiat legarea a două medicamente oncologice ţintite: ibrutinib (Imbruvica), utilizat în cancere hematologice, şi afatinib (Gilotrif), prescris în cancerul pulmonar fără celule mici.
Datele observate la nivelul întregului corp au confirmat că afatinib se distribuie pe scară largă în ţesutul pulmonar, aşa cum era de aşteptat.
În schimb, ibrutinib a prezentat un tipar mai surprinzător: medicamentul, cunoscut pentru asocierea cu tulburări de ritm cardiac şi probleme de sângerare, se leagă nu doar de ţintele sale vizate din celulele sanguine, ci şi de celule imune din ficat, de ţesut cardiac şi de vase de sânge, oferind indicii despre posibilele legături cu reacţiile adverse.
Imagistică fluorescentă care arată legarea ibrutinibului în splină. Săgeţile roşii indică celule pozitive pentru ibrutinib. Bară de scară: 200 μm. Credit: Scripps Research.
Potrivit autorilor, acest tip de informaţie ar permite cercetătorilor să analizeze mai precis aceste celule şi să înţeleagă de ce ibrutinib se leagă de ele.
Echipa subliniază că utilizările vCATCH nu se limitează doar la aceste cazuri studiate. Metoda este folosită acum pentru a investiga dacă medicamentele anticancer se leagă mai selectiv de celulele tumorale decât de ţesuturile sănătoase şi pentru a studia ce tipuri de celule din creier sunt „atinse” de medicamente precum antidepresivele şi antipsihoticele.
În viziunea autorilor, vCATCH ar putea deveni un instrument util în testarea medicamentelor candidat în stadii avansate de dezvoltare, pentru a verifica dacă acestea se leagă puternic de ţintele dorite şi dacă nu ajung să se fixeze, în mod nedorit, pe celule din alte organe.
