Построение циклических пептидов, проникающих в клетки, для усиленного проникновения через биологические барьеры

За последние несколько десятилетий мы стали свидетелями быстрого прогресса в разработке пептидов, проникающих в клетки (СХТ) для доставки лекарств. СРТ широко используются в качестве молекулярных транспортеров для лечения ряда опасных для жизни заболеваний, включая неврологические расстройства^1,2, болезни сердца³, диабет⁴, дерматоз⁵ и рак ^6,7. Рак остается глобальным бременем здравоохранения, сопровождающимся высоким уровнем заболеваемости и смертности, несмотря на широкомасштабные исследовательские усилия⁸. Серьезным препятствием для лечения рака является ограниченный доступ терапевтических средств к более глубоким опухолевым клеткам из-за физиологических барьеров, таких как компактный внеклеточный матрикс (ECM), аномальная сосудистая сеть опухоли, множественные мембранные барьеры и высокое давление интерстициальной жидкости (IFP)⁹. Таким образом, разработка новых СРР с превосходной способностью доставлять грузы через биологические барьеры считается важной стратегией лечения рака^10,11.

СРР можно разделить на катионные, амфипатические и гидрофобные СРР с точки зрения их физико-химических свойств¹². Среди них положительно заряженный пептид ВИЧ-ТАТ и синтетический полиаргинин имеют большое значение в биомедицинских исследованиях и были тщательно изучены для облегчения внутриклеточной доставки лекарств¹³. Tunnemann et al. сообщили, что минимальная длина в восемь аргининов имеет важное значение для эффективного проникновения в клетки синтетических пептидов полиаргинина, основываясь на исследовании проницаемости клеток, проведенном с использованием пептидов от R3 до R12¹⁴. Однако эти CPP обычно имеют короткие периоды полураспада в плазме из-за их быстрого гидролиза in vivo. Кроме того, мало что известно об оптимизации химической структуры СРР для повышения их трансбарьерной способности, поскольку проникновение через несколько клеточных мембран^{затруднено 15}. Таким образом, разработка новых молекулярных транспортеров, способных проникать через биологические барьеры, крайне желательна для повышения эффективности доставки лекарств. В 2020 году Komin et ^al.16 обнаружили CPP, называемый пептидом CL, который содержит мотив спирали (RLLRLLR) и полиаргининовый хвост (R7) для пересечения эпителиального монослоя. Набор вариантов пептидов CL также был синтезирован путем изменения спирального рисунка. Это исследование может стать важным руководством для разработки новых CPP для доставки грузов через биологические барьеры. Кроме того, Dietrich et al. оптимизировали клеточную проницаемость пептида StAX, ингибируя сигнальный путь Wnt/β-катенина за счет увеличения общей гидрофобности пептидов¹⁷.

Конформационная рестрикция неструктурированных линейных пептидов циклизацией является эффективным способом повышения их протеолитической стабильности и проницаемости^18,19,20. Структурное армирование повышает резистентность циклических пептидов к протеазе, делая их более стабильными in vivo по сравнению с их линейными аналогами. Кроме того, циклизация пептидов потенциально может маскировать полярную пептидную основу, способствуя внутримолекулярному образованию водородных связей, тем самым увеличивая мембранную проницаемость пептидов²¹. В последние два десятилетия хемослективные методы циклизации стали эффективными стратегиями построения циклических пептидов с различной архитектурой, таких как полностью углеводородные, лактамные, триазольные, м-ксилол, перфторарил и другие поперечные связи^22,23. Биологический барьер, налагаемый сложным микроокружением опухоли, может снижать проникновение лекарств в солидные опухоли²⁴. Ранее мы обнаружили, что циклические CPP проявляют превосходную устойчивость к ферментативному расщеплению по сравнению с их линейными аналогами²⁰. Кроме того, общая гидрофобность пептидов имеет решающее значение для их повышенной проницаемости^{для клеток 22.} Основываясь на исследованиях, рассмотренных выше, можно предположить, что сочетание положительно заряженного паттерна, повышенной общей гидрофобности и повышенной стабильности протеолиза увеличивает проницаемость CPP через биологические барьеры. В недавнем исследовании мы идентифицировали два циклических CPP с ароматическими сшивками в положениях i и i + 7, которые демонстрируют улучшенную проницаемость в опухолевых клетках и тканях по сравнению с их линейными аналогами¹⁵. Здесь представлен краткий синтетический протокол синтеза флуоресцентно меченных циклических СРР и ключевые шаги по исследованию их проницаемости.