Forscher der Universität Basel können die Auswirkungen von über 1500 aktiven Substanzen auf den Zellstoffwechsel parallel testen. Ihre Analyse führte auch zur Entdeckung bisher unbekannter Mechanismen für bekannte Medikamente. Dieser Ansatz könnte Wissenschaftlern helfen, Nebenwirkungen besser vorherzusagen und zusätzliche Verwendungen für kommerziell erhältliche Pharmazeutika zu finden.
Wie verändern aktive Substanzen Stoffwechselprozesse in Zellen? Die Beantwortung dieser Frage würde wertvolle Hinweise für die Entwicklung neuer Medikamente liefern. Die Untersuchung solcher Wirkmodi für eine ganze zusammengesetzte Bibliothek wäre in der Vergangenheit sehr ressourcenintensiv gewesen.
Forscher der Abteilung für Biomedizin an der Universität Basel haben gerade eine Methode zum Testen der Stoffwechseleffekte von Tausenden von aktiven Substanzen gleichzeitig vorgestellt. Sie haben die Ergebnisse dieser Methode veröffentlicht, die als Hochdurchsatzmetabolomik bekannt ist, im Scientific Journal Naturbiotechnologie.
Vorhersage von Nebenwirkungen und Wechselwirkungen
„Wenn wir ein besseres Verständnis dafür haben, wie aktive Substanzen in den Zellstoffwechsel eingreifen, kann die Entwicklung von Medikamenten beschleunigt werden“, erklärt Professor Mattia Zampieri. „Unsere Methode liefert eine zusätzliche Charakterisierung der Substanzen, aus denen wir mögliche Nebenwirkungen oder Wechselwirkungen mit anderen Medikamenten schließen können.“
Die von Dr. Laurentz Schuhknecht, führenden Autor der Studie, geleitet von Dr. Laurentz schauten Zellen in Tausenden von kleinen Brunnen in Zellkulturplatten aus. Anschließend behandelten sie die Zellen in jeder Vertiefung mit einer von über 1500 Substanzen aus einer zusammengesetzten Bibliothek und verwendeten eine Methode, die als Massenspektrometrie bezeichnet wurde, um zu messen, wie sich Tausende kleiner Biomoleküle in den Zellen (bekannt als Metaboliten) bei der Behandlung verändern.
Dies ermöglichte es dem Forschungsteam, Daten zu den Veränderungen von über 2000 Stoffwechselprodukten in den Zellen für jede aktive Verbindung zu sammeln. Anschließend verglichen sie diese Veränderungen mit denen, die aus unbehandelten Zellen über computergestützte Analyse erhalten wurden. Dies führte zu einem Überblick über die Auswirkungen auf den Zellstoffwechsel jeder aktiven Substanz, die ihnen ein sehr genaues Bild seiner jeweiligen Wirkungsweise ergab.
Neue Anwendungen für bewährte Medikamente
„Kommerziell verfügbare Medikamente können den Zellstoffwechsel viel mehr beeinflussen, als wir es uns vorgestellt hatten“, sagt Zampieri und summiert die Ergebnisse der Experimente. Besonders bemerkenswert waren die bisher unbekannten Wirkungsmedikamente gemeinsamer Medikamente. Zum Beispiel entdeckte das Team, dass Tiratricol, ein Medikament zur Behandlung einer seltenen Erkrankung, die die Schilddrüsenfunktion beteiligt, seine primäre Wirkungsweise auch die Produktion bestimmter Nukleotide beeinflusst, die Bausteine für die DNA -Synthese.
„Dieses Medikament wäre daher möglicherweise ein guter Kandidat für ein neues Anwendungsfeld: Modulation der Nucleotid -Biosynthese und somit beispielsweise in der Krebstherapie zur Hemmung des Tumorwachstums“, sagt Schuhknecht.
Umfassende Daten von Hochdurchsatzmethoden wie diesen können dazu beitragen, künstliche Intelligenz für die Gestaltung neuer Medikamente auszubilden. „Unser langfristiges Sehen ist es, patientenspezifische Stoffwechselprofile einer Krankheit mit dem Modus der metabolischen Interferenz von Tausenden von zusammengesetzten Kandidaten zu entsprechen, um das beste Medikament zu enträtseln, das die durch die Krankheit induzierten molekularen Veränderungen zurückversetzen kann“, sagt Zampieri.
Um dieser Vision näher zu kommen, ist es nicht nur wichtig, die Wirkung der Substanzen auf den Stoffwechsel zu verstehen, betont der Pharmakologe. Es ist ebenso wichtig, wie der menschliche Körper die aktiven Substanzen verarbeitet und wie er ihre Wirkung verändert. Die Wissenschaftler führen daher weitere Untersuchungen durch, um die Wechselwirkung zwischen Körper und aktiven Substanzen genauer zu untersuchen.
