Структурная загадка гепарина: почему одни антикоагулянты работают лучше других
Если бы биомолекулы были людьми, гепарин был бы знаменитостью. Этот мощный антикоагулянт (разжижитель крови) с мировым рынком более $7 млрд используется во время и после операций и критически важен для диализа почек. Сегодня большая часть гепарина производится из свиней, но FDA поощряет использование альтернативных источников, включая коров и синтетические формы, чтобы диверсифицировать цепочки поставок. Однако гепарин из животных, отличных от свиней, работает не так хорошо.
Междисциплинарная команда из Виргинского технологического университета обнаружила новые молекулярные подсказки, которые могут объяснить эту разницу. Их исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, открывает двери для создания более безопасных и надежных гепариновых терапий.
«Структура гепарина и то, как она влияет на функцию, — это постоянная головоломка, — говорит ведущий автор исследования Бренна Найт. — Кажущиеся небольшими различия в содержании и расположении сульфатных групп на молекуле вызывают существенные изменения в энергетике, которая управляет химической активностью».
От минерализации к медицине
Гепарин происходит из семейства гепарансульфатов, присутствующих у всех живых существ. Эти цепи сахаров разнообразны и выполняют множество функций. Изначально Найт изучала гепарансульфаты для другой цели — понять, как сульфаты влияют на биологическую минерализацию, то есть процесс, с помощью которого организмы строят укрепленные кристаллами ткани, такие как кости, зубы и раковины.
«Животные выращивают кристаллы в определенных местах, обычно для создания структур, которые служат для поддержки, защиты или питания, — объясняет профессор Патриция Дав, один из ведущих мировых геохимиков. — Это скоординированный результат множества химических реакций внутри организма».
Именно этот процесс минерализации неожиданно связался с медициной. Гепарансульфаты — лишь один из многих агентов, которые взаимодействуют с кальцием, запуская различные биохимические операции. Одна из таких операций критически важна для свертывания крови.
Наука в команде
Чтобы понять, как гепарансульфаты способствуют минерализации, Дав и Найт объединились с профессором Кевином Эдгаром, который интересовался гепаринами с точки зрения здравоохранения. Для изучения взаимодействий кальция с гепарином они работали с химиком Майклом Шульцем.
Применив свой объединенный опыт к взаимодействиям кальция и гепарина, они обнаружили, что небольшие вариации в молекулярном составе гепарина меняют то, насколько эффективно он связывается с кальцием. Эти различия могут влиять как на его способность формировать биоминералы, так и на эффективность в качестве антикоагулянта.
«Эта работа дает представление о том, как биоинженерить синтетические пути для создания эффективных продуктов на основе гепарина для применения в терапии и доставке лекарств», — заключает Кевин Эдгар.
Источники
- Proceedings of the National Academy of Sciences
- Департамент химии, Виргинский технологический университет
- Департамент наук о Земле, Виргинский технологический университет
- Департамент устойчивых биоматериалов, Виргинский технологический университет
- Национальная академия наук США (NAS)
- Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA)