SZ nr 77–84/2019z 10 października 2019 r.
Bifunkcyjna hybryda analgetyczna
Ewa Biernacka
Ból – subiektywne, negatywne wrażenie zmysłowe i emocjonalne, powstające pod wpływem bodźców uszkadzających tkankę lub zagrażających jej uszkodzeniem – jest wszechobecny. Jedna z jego odmian, ból neuropatyczny – inicjowany uszkodzeniem układu nerwowego w wyniku np. urazu fizycznego, zmian metabolicznych lub nowotworowych – pozostaje wciąż nierozwiązanym problemem klinicznym i badawczym.
Po wielu latach prac prowadzonych w laboratorium krakowskim przez prof. Barbarę Przewłocką pojawiła się szansa na skuteczniejsze leczenie bólu neuropatycznego. Opracowano substancję bifunkcyjną, która w modelu tego bólu wywołała efekt analgetyczny porównywalny z morfiną, w dawce 5 tysięcy razy od niej niższej! Sekret tego fenomenalnego działania analgetycznego polega na składowych tej hybrydy, która, zaplanowana zgodnie z wiedzą o etiopatologii tego bólu, ma działać na dwa cele molekularne: receptor μ-opioidowy, którego aktywacja hamuje transmisję nocyceptywną, oraz na receptor melanokortynowy typu MC4, którego aktywacja ją nasila. Syntezę zaproponowanej przez Barbarę Przewłocką hybrydy opracował i przeprowadził zespół chemików pod kierunkiem prof. Aleksandry Misickiej-Kęsik (Pracownia Peptydów Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego). Zsyntetyzowaną serię hybryd przebadał zespół prof. Przewłockiej pod kątem działania analgetycznego, wykazał ich wysoką efektywność również po podaniu obwodowym. Dwie, wybrane ze względu na siłę działania, zgłoszono do ochrony patentowej.
Punktem wyjścia w badaniach było pytanie o przyczyny osłabienia działania leków opioidowych w bólu neuropatycznym. Badania szły w dwóch kierunkach. W pierwszym z nich skupiono się na poszukiwaniu przyczyn osłabienia działania leków opioidowych w bólu neuropatycznym, m.in. na badaniu zachodzących w rozwoju tego bólu interakcji neuroimmunologicznych. Analizy z wykorzystaniem ekspresji genów wskazują, że w bólu przewlekłym dochodzi do silnej aktywacji niektórych genów neuronalnych, jak też genów związanych z odpowiedzią komórek układu immunologicznego, w tym z aktywacją mikrogleju. Opisano wiele endogennych czynników inicjujących i regulujących stany bólu neuropatycznego, w tym rolę immunologicznych czynników w utracie efektywności leków przeciwbólowych, proponując stosowanie w terapii tego bólu inhibitorów cytokin (leków takich jak propentofylina i pentoksyfilina). Powodują one osłabienie bólu, zapobiegając syntezie cytokin w aktywowanych komórkach glejowych.
Punktem wyjścia do drugiego kierunku badań farmakologów była obserwacja, że po długotrwałym podawaniu opioidów, np. morfiny (egzogennego alkaloidu działającego na receptor opioidowy μ oraz δ, chociaż również w niewielkich ilościach produkowanego endogennie), rozwija się tolerancja (słabnie ich działanie analgetyczne), a po dłuższym czasie stosowania lek opioidowy powoduje ból. Weryfikowano tezę, że układy fizjologiczne dążą do homeostazy i w warunkach zaburzenia równowagi pojawia się nasilenie aktywności układów probólowych. Śledzono zmieniającą się aktywność endogennych systemów przeciw- i probólowych wywołane uszkodzeniem tkanek, a także endogennych układów neuropeptydowych (syntetyzowane w nich peptydy działają jak endogenne analgetyki) oraz układów syntetyzujących działające probólowo peptydy (cholecystokinina, substancja P, melanokortyna, bradykinina).
Obserwacje aktywności działających analgetycznie peptydów uwalnianych w reakcji na uszkodzenie tkanek dały badaczom wgląd w ekspresję endogennego układu opioidowego w całej jego złożoności. Reprezentują go trzy systemy związane z prohormonami: proopiomelanokortyną (POMC), proenkefaliną (PENK) i prodynorfiną (PDYN). Peptydy powstające w efekcie cięcia enzymatycznego prohormonów, czyli enkefaliny (pochodzące z PENK), endorfiny (z POMC) i dynorfiny (z PDYN), działają na trzy receptory opioidowe: μ (mi), δ (delta) i κ (kappa).
Peptydy z POMC i PENK aktywują receptory μ oraz δ, a peptydy pochodzące z PDYN – receptor κ, ale też, w mniejszym stopniu, receptor δ oraz μ. Tworzą one system o dużych możliwościach kompensacyjnych – wyłączenie jednego z receptorów nie zawsze daje efekt, bo jego rolę przejmują pozostałe. Te trzy receptory opioidowe należą do receptorów metabotropowych związanych z białkami G. Aktywowane przez ligand powodują zablokowanie aktywności neuronalnej, hamując przewodnictwo nerwowe. Aktywacja receptora opioidowego hamuje aktywność neuronu, ale w sytuacji, gdy receptor zlokalizowany jest na neuronie hamującym, blokowanie hamowania powoduje wzrost aktywności neuronu (co prowadzi do tzw. euforii opioidowej).
Uszkodzenie układu nerwowego nasila syntezę prohormonu, z którego powstają peptydy przeciwbólowe, takie jak beta-endorfina czy enkefaliny. Ale też z każdego z prohormonów opioidowych powstają równocześnie peptydy probólowe. Do tej pory bez odpowiedzi pozostaje pytanie, czy w procesie aktywacji któregoś z prohormonów, peptydy pro- i przeciwbólowe powstają zawsze w tych samych proporcjach, czy jedna z opcji przeważa: np. na skutek zmian w procesie enzymatycznego cięcia hormonu powstaje więcej probólowych melanokortyn niż przeciwbólowej beta-endorfiny. Badacze metodą spektometrii masowej wykazali, że po uszkodzeniu układu nerwowego rośnie poziom probólowych peptydów pochodzących z PENK.
Zespół prof. Przewłockiej podjął próby farmakologicznego blokowania działania neuropeptydów probólowych. Eksperymentowano na peptydach przeciw- i probólowych pochodzących z tego samego prohormonu, próbując dowieść, że za osłabienie działania opioidów w bólu neuropatycznym odpowiada wzrost aktywności systemów probólowych. Zidentyfikowano dwie przyczyny. Pierwszą jest aktywacja układów glejowych i produkcja przez komórki mikrogleju probólowych cytokin. Powstało na ten temat wiele prac w zespole prof. Przewłockiej. Jej najnowsze badania dotyczyły jednak głównie aktywacji układów probólowych – peptydów probólowych pochodzących z POMC i PENK. W eksperymentach równocześnie z opioidem podawano antagonistę receptora, którego aktywacja daje efekt probólowy – antagonistę receptora MC4. Wykazano, że zablokowanie receptora MC4 pozwala wzmocnić przeciwbólowe działanie opioidów, dając szansę obniżenia dawki opioidu, a co za tym idzie osłabienia rozwoju efektów niepożądanych. Wykazano, że podanie przed kolejnymi dawkami morfiny antagonisty receptora MC4 opóźnia rozwój tolerancji. Chcąc zwiększyć efekt, początkowo niezbyt silny, zdecydowano o rozpoczęciu prac nad związkiem bifunkcyjnym. Działając w tym samym czasie i w tym samym miejscu drogi bólowej, jedna część tej hybrydy, czyli związku opioidu i antagonisty receptora MC4, miałaby zaktywować receptor opioidowy, druga zaś zablokować receptor mogący powodować działanie probólowe. Wspomniani już chemicy z UW zsyntetyzowali ok. 10 hybryd z różnymi linkerami, wiążącymi obie składowe, nie powodując jednak zmiany ich zdolności do wiązania się z receptorem. Dwie najsilniej działające – jak już o tym była mowa – opatentowano.
Osiągnięto maksymalny efekt analgetyczny w modelu bólu neuropatycznego w dawce kilka tysięcy razy niższej od morfiny po podaniu podpajęczynówkowym. Sukces tego projektu zagwarantował dobór odpowiedniego antagonisty receptora probólowego MC4, a decyzja połączenia w hybrydę właśnie jego bazowała na wynikach poprzednich badań zespołu prof. Przewłockiej. Dalsze badania farmakologów zmierzają do przygotowania hybrydy do I fazy badań klinicznych. Czy stworzono w terapii bólu neuropatycznego lek efektywny, a zarazem niewywołujący charakterystycznych dla opioidów działań niepożądanych, dowiemy się za kilka lat.