Biologia moleculară a medicamentului

PARTEA I: CARACTERIZAREA MOLECULARĂ A INTERACŢIUNII MEDICAMENT-ŢINTĂ

CAPITOLUL 1

TESTELE CELULARE: UTILIZAREA ŞI IMPACTUL LOR ÎN DESCOPERIREA MEDICAMENTELOR

1.1. Introducere

1.1.1.Testele/experimentele celulare

Experimentele bazate pe studiul celulelor permit studierea funcţiilor preparatelor farmaceutice sau a ţintelor bolilor în cadrul unui mediu complex şi al contextului biologic de ansamblu. Aplicarea noilor tehnologii în biologia moleculară, împreună cu introducerea noilor metode de analiză a mutat cadrul experimentelor celulare de la nivelul fenotipic cum ar fi, proliferarea celulară, moartea celulară, respiraţia şi diferenţierea funcţională, către analizele celulare ale funcţiilor moleculelor semnal - specifice şi ale componentelor metabolice.

În momentul de faţă, experimentele celulare presupun măsurători mecanice, asociate ţintelor specifice, care permit identificarea componenţilor chimici cu funcţie specifică ţintei sau funcţie modulatoare asociată. Se poate aşadar afirma că analizele celulare vor juca un rol din ce în ce mai important în descoperirea medicamentelor, în special a componentelor pentru validarea şi optimizarea ţintei, precum şi în selecţia modulatorilor cu molecule mici şi în opimizarea modulării. În contrast cu testele biochimice ale substanţelor chimice pentru modularea activităţii ţintelor moleculare, sistemele celulare pot oferi informaţii adiţionale cu privire la transportul, metabolismul şi stabilitatea medicamentelor. Cel mai important aspect este acela că ţintele farmacologice rămân în mediul lor natural atunci când este analizată modularea , astfel ca datele să aibă o valoare predictivă înaltă. (Fig 1.1)

Cu toate acestea, mai trebuie spus că, pentru a utiliza experimentele celulare, celulele trebuie scoase din mediul lor natural şi crescute în culturi. Acest lucru va conduce inevitabil la alterări ale repertoriului genelor şi ale expresiei proteice şi deci ale fenotipului. Celulele utilizate în astfel de experimente trebuie deci să fie caracterizate din punctul de vedere al funcţiilor reţelelor intracelulare, răspunsului la stimuli externi - cel puţin pentru calea de semnalizare de interes - şi comparate cu răspunsul şi evenimentele ce au loc la nivelul ţesutului sau organului. În multe cazuri, acest lucru nu este pe deplin realizabil încă.

Fig. 1.1 Selecţia ţintelor farmaceutice. Numărul mare al ţintelor farmaceutice potenţiale necesită un proces eficient de selectare a acelor ţinte pentru modularea căilor şi fenotipurilor relevante pentru anumite afecţiuni. Experimentele celulare, care sunt strâns legate cu ţintele de interes, permit calificarea modulatorilor cu moleculă mică identificaţi în experimentele celulare sau biochimice de înaltă capacitate, în conformitate cu funcţionalitatea într-un mediu fiziologic relevant. Experimentele celulare care nu sunt strâns legate cu ţinta vor indica efectele sistemice ale componenţilor şi pot fi interpretate ca şi clasificare celulară “de siguranţă”. Testele celulare pot fi utilizate pentru prioritizarea ţintelor şi a componenţilor.

1.1.2. Impactul asupra descoperii medicamentelor

În timpul descoperii şi dezvoltării medicamentelor, multe elemente sunt pierdute datorită efectelor nedorite sau toxicităţii şi lipsei eficacităţii dorite. O mare parte din aceste efecte pot fi determinate de interacţiunile potenţialelor medicamente cu alte ţinte decât cele considerate iniţial ca modulatoare ale unei afecţiuni. Sistemele de teste celulare au potenţialul de a elucida multitudinea interacţiunilor medicamentoase şi deci de a contribui la o mai bună înţelegere a acţiunii şi selectării medicamentelor.

Celula, prin structura şi funcţiile sale, este organizată în cascade metabolice şi de transducţie a semnalului. Majoritatea acestor cascade sunt complexe şi non-lineare [Stephaopoulos, Kelleher, 2001]. În plus, diferitele cascade comunică unele cu altele, formând circuite şi domenii intracelulare. Majoritatea bolilor nu pot fi explicate prin afectarea unei singure etape a unei căi, de semnalizare, ci prin multiple alterări care afectează reţelele într-o manieră complexă [Hanahan, Weinberg 2000, Somogyi, Greller 2001]. Similar, medicamentele, fie că interacţionează specific cu o singură ţintă sau cu mai multe molecule, vor perturba cascadele metabolice şi de semnalizare, într-un mod complex. În plus, din moment ce multe tipuri de celule utilizează aceleaşi molecule pentru semnalizare în contexte diferite, multe tipuri celulare pot fi afectate în grade diferite de acelaşi medicament. Introducerea recentă a evaluării expresiei genice şi proteice pe baza unor sisteme de analiză de mare capacitate, ca şi a analizelor metaboliţilor