שימוש במודל פרמקופור לסינתזה של אנטגוניסטים לקולטן האדרנרגי אלפא 1 לטיפול בהגדלה שפירה של בלוטת הערמ

הגדלה שפירה של בלוטת הערמונית (BPH-Benign Prostatic Hyperplasia) כוללת בלוטת ערמונית (פרוסטטה) מוגדלת, מורחבת, לא רכה, הגורמת לחסימה של השלפוחית. כמעט 60% מהגברים בגיל 40-59 יסבלו מ- BPHומעל 50% מהגברים יסבלו מ- BPH במשך חייהם. בלוטת ערמונית נפוחה, המגיעה בד"כ לנפח הגדול פי 2-3 מנפחה הרגיל, עלולה ללחוץ על השופכה ולהפריע להשתנה תקינה. התסמינים החסימתיים והאיריטטיביים גורמים לחולה להימנע מפעילויות מחוץ לביתו וממפגשים חברתיים, להימנע משתייה מספקת, וכן עייפות כרונית וחוסר יכולת ריכוז במשך היום, עקב הקימות התכופות בלילה.

ידוע כי הגדלה שפירה של הערמונית מתווכת בעיקר על ידי הקולטן האדרנרגי אלפא 1 המצוי בערמונית. משום כך תרופות אנטגוניסטיות לקולטן זה, כגון terazosin ,doxazosin ו-alfuzosin, משמשות לטיפול בערמונית מוגדלת. אך למרות יעילותן, תרופות אלו אינן נעדרות תופעות לוואי, כאשר העיקריות שבהן כוללות ירידת לחץ דם, עייפות וחולשת שרירים, הנובעות ככל הנראה מחוסר יכולתן של התרופות להבדיל בין קולטני אלפא 1 הממוקמים במחזור הדם, לבין אלו שברקמת הערמונית. ממצאים אלו מדגימים את הצורך במציאת חוסמים בלעדיים לקולטן אלפא 1 המצוי בערמונית, בעלי תופעות לוואי מופחתות.

קבוצת מדענים מסין דיווחה לאחרונה על סיום פיתוח דגם שלד של מולקולה בעלת מבנה המתאים למבנה הפרמקופור לקולטן אלפא 1. הפרמקופור הוא הנושא והאחראי לפעילות הביולוגית של המולקולה. מודל הפרמקופור (איור 1) בו נעזרו המדענים פותח והוצג לאחרונה, והוא מכיל שלוש נקודות קבועות הכוללות: טבעת ארומטית, מרכז יינון חיובי ואזור תורם מימן (Hydrogen bond donor). כפי שניתן לראות באיור, המרחקים המדויקים בין שלוש הנקודות הקבועות מופו תוך התייחסות למבנה המרחבי של השלד. בניסוי מקדים מצאו החוקרים כי השלד aryl-piperizine (איור 1) מתאים למבנה הפרמקופור, כפי שהוצג, בכך שהוא מקיים את הקשרים בין שלוש הקבוצות שתוארו.

כדי להעריך באופן מעמיק את יכולתה של מולקולה זו לשמש כמולקולה מובילה (lead compound) וכשלד לסדרה של מולקולות בעתיד, ביצעו החוקרים ניסוי פרמקולוגי בסיסי בו נבדקה יכולתה האנטגוניסטית של המולקולה רגע לפני הפעלתה בידי האגוניסט האדרנרגיphenylphrine . הניסויי כלל הזלפת המולקולה הנבדקת ובדיקת יכולתה למנוע כיווץ שריר חלק (מבודד מעכבר) שהתקבל כתוצאה מפעילות האגוניסט. תוצאות הבדיקה אמנם הראו פעילות מתונה של מולקולה 1 (ערכי pA2 של 7.07), אך כזו המספיקה כדי לקבוע שהמולקולה יכולה לשמש כמובילה לפיתוח נגזרות.

טבלה 1: Chemical and biological data for phenyl-1-piperazines . השייר הארילי והמתמירים השונים על גבי השלד הנבדק ותוצאות המבחנים הפרמקולוגיים של הנגזרות השונות

על מנת לשפר את יכולתה האנטגוניסטית של המולקולה המובילה החליטו החוקרים לערוך מספר מודיפיקציות של השלד, זאת מבלי לשנות את מיקומן של שלוש הקבוצות ההכרחיות (ארומטית, בעלת מרכז יינון חיובי, ואזור התורם מימן) כפי שנגזר מהפרמקופור.

המולקולה המובילה עברה שינויי כימי באופן שהטבעת הפיפרזינית חוברה לטבעת פנילית בעלת מתמירים משתנים, ובאותה צורה הטבעת הפירידינית הוחלפה במתמירים אריליים שונים (בעלי ארומטיות). כך סונתזו 22 נגזרות מהמולקולה המובילה, כולן מקיימות את תנאי הפרמקופור. המתמירים השונים, כמו גם תוצאות המבחנים הפרמקולוגיים להערכת יכולתם האנטגוניסטית לקולטן האדרנרגי אלפא, מסוכמים בטבלה שבאיור 2. מתוצאות הבדיקה עולה כי הנגזרות 2, 3, ו-13, כולן בעלות טבעת פורנית בעמדת המתמיר הארילי, הציגו את הפעילות האנטגוניסטית הגבוהה ביותר. כל שלוש הנגזרות הציגו פעילות אנטגוניסטית זהה או טובה מזו של פראזוסין- תרופה יעילה הנמצאת בשימוש קליני נרחב בטיפול בערמונית מוגדלת.

על בסיס הנתונים שהתקבלו מהבדיקה הפרמקולוגית, ערכו החוקרים מחקר מקיף הבוחן את מידת ההתאמה בין מבנה לפעילות SAR (Structure Activity Relationship)  של הנגזרות השונות, תוך שימוש בטכנולוגיית 3D-QSAR. טכנולוגיה חדשנית זו מנסה למצוא קשר בין התכונות הכימיות והפיזיקליות של מולקולות לבין פעילותן הביולוגית. מאפיינים שונים של המולקולות הנבדקות (למשל, מסה מולרית, פוטנציאל אלקטרו-סטטי בכל חלק של המולקולה והתוצאות של הניסויים הפרמקולוגיים) מוזנים למחשב ומעובדים בתוכנות סטטיסטיות שונות, ועל ידי כך נבנה מודל הנמצא בהתאמה לנתונים שהוזנו ויחד עם זאת יכול לנבא את פעילותן של המולקולות באתרים בהן לא נערכה בדיקה. ייחודה של טכנולוגיה זו בעובדה שהיא מביאה בחשבון את המבנה התלת-ממדי של המולקולות ושל הליגנד, כך שהדיוק המתקבל גבוהה. איור 3 מתאר את תוצאות העיבוד של נגזרת 13, שהראתה את התוצאות המבטיחות ביותר במבחן הפרמקולוגי. ניתן להבחין בריכוזים של נקודות אדומות באזור הטבעת הפנילית, המצביעים על סבירות גבוהה לאינטראקציה במרחב, לעומת ריכוזי נקודות כחולות באזור של המתמיר הארילי, המצביעים על סיכוי נמוך לאינטראקציות כאלה.

מודל זה, המבוסס על פרמקופור בעל 3 נקודות, מדגים לא רק את הפוטנציאל של השלד ה-aryl-piperizine לשמש בסיס לתרופה לערמונית מוגדלת, אלא גם את היכולת לגלות תרופות חדשות תוך ניצול מרבי של הידע שנצבר בעבר.

הכותבים- המחלקה לכימיה תרופתית וחומרי טבע, ביה"ס לרוקחות, האוניברסיטה העברית

מקורות:

Min-Yong Li,a.  Pharmacophore-based design, synthesis, biological evaluation, and 3D-QSAR studies of aryl-piperazines as a1-adrenoceptor antagonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters; 15: 3216–3219, 2005