Новости химической науки > Кокаин может помочь фармакологам

Исследователи из Великобритании раскрыли таинственный биохимический механизм, позволяющий некоторым молекулам проходить гематоэнцефалический барьер.

Этот защитный барьер доставляет головную боль многим химикам, разрабатывающим лекарственные препараты, поскольку его биологическая роль заключается в том, чтобы не пропускать чужеродные вещества в мозг. Неожиданно, но то, как этот барьер можно преодолеть, подсказала молекула кокаина.

При проникновении через гематоэнцефалический барьер молекула кокаина гидратируется. (Рисунок из Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, DOI: 10.1039/c5cp06090g)

Существующие гипотезы, описывающие прохождение молекул через «брандмауэр» мозга, основаны на том, что эта способность определяется конкретными структурными элементами молекулы, однако такое приближение зачастую не учитывает довольно сложные условия внутри живого организма. Как отмечает руководитель исследования Сильвия МакЛейн (Sylvia McLain) из Оксфорда, фармацевтические компании, разрабатывающие препараты, лечащие болезни мозга и, соответственно, способные проходить гематоэнцефалический барьер, сталкиваются с большой проблемой. В настоящее время ведутся интенсивные исследования физических принципов, обеспечивающих взаимодействие лекарств с гематоэнцефалическим барьером для возможности разработки общей теории проникновения лекарств в мозг.

Работа, проведенная в группе МакЛейн, комбинирует большое количество подходов, включая изучение растворов кокаина методом нейтронной дифракции, и предоставляет большее количество биологически значимой информации, чем простое изучение кристаллической структуры этого препарата.

Как замечает специалист по нейтронной дифракции Нил Скиппер (Neal Skipper) из Университетского Колледжа Лондона, новая работа является ярким примером использования метода нейтронного рассеяния. Результаты экспериментов показывают, что и нейтронное, и рентгеновское рассеивание может помочь в понимании того, как работают биологически важные молекулы в растворе.

До настоящего времени предполагалось, что для проникновения через гематоэнцефалический барьер молекула кокаина должна быть депротонирована. МакЛейн и её коллеги выяснили, что гораздо более существенными факторами являются форма молекулы и её гидратация. Удивительным открытием было то, что формирующаяся из-за воздействия воды внутримолекулярная водородная связь заставляет кокаин принимать конформацию, в которой происходит экранирование гидрофильных участков этой молекулы. В этом состоянии водородные связи с водой образуют только карбонильные атомы кислорода и аминогруппа, в то время как остальные участки молекулы не участвуют в образовании межмолекулярных взаимодействий. Все это позволяет растворенному кокаину обойти защитные системы мозга, депротонирование кокаина при этом не происходит.

МакЛейн подчеркивает, что, несмотря на обновленные результаты работы, рано еще делать далеко идущие выводы о механизме проникновения кокаина в мозг, поскольку для более сложного окружения, которое могут обеспечивать живые организмы, требуются дополнительные исследования. Тем не менее, из работы уже очевидно, что для понимания механизма, в соответствии с которым лекарственные препараты могут проникать в мозговую ткань, необходимо изучать конформации фармакологически активных молекул в растворе.

Источник: Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, DOI: 10.1039/c5cp06090g

метки статьи: #биохимия, #медицинская химия, #межмолекулярные взаимодействия, #молекулярная биология