מדריך מעבדה

מה זה בעצם פפטיד (ולמה יותר מ-80 תרופות בנויות מפפטידים)

פפטידים הם שרשראות קצרות של חומצות אמינו, באותו אלפבית שממנו בנויים חלבונים. מבוא בשפה פשוטה: מה הם, למה רובם ניתנים בזריקה, ואיך הם הגיעו להניע את עידן ה-GLP-1.

ProProGluGluProProThrThrIleIleAspAspGluGlu

בקצרה

  • פפטיד הוא שרשרת קצרה של חומצות אמינו שמחוברות בקשרים פפטידיים. שרשראות ארוכות שמתקפלות למבנים מורכבים נקראות חלבונים.
  • אין גבול חד. ביוכימאים מותחים את הקו לרוב סביב 50 חומצות אמינו; ה-FDA האמריקאי מתייחס לכל שרשרת ארוכה מ-40 כחלבון.
  • אינסולין, שטוהר לראשונה לשימוש בבני אדם בטורונטו ב-1922, היה התרופה הפפטידית הראשונה. מאז הגיעו לשוק יותר מ-80 תרופות פפטידיות.
  • רוב הפפטידים ניתנים בזריקה, כי מערכת העיכול מפרקת אותם. Semaglutide בטבליות הוא חריג נדיר, וגם ממנו נספגים רק אחוזים בודדים מכל טבליה.
  • העובדה שחומר הוא פפטיד לא אומרת דבר על השאלה אם הוא עובד או בטוח. את זה קובעות הראיות.

רעיון בן מאה

בינואר 1922, בטורונטו, הצליח הביוכימאי ג'יימס קוליפ לטהר תמצית לבלב נקייה מספיק כדי לתת אותה לבני אדם [4]. החומר הפעיל בה היה אינסולין, הורמון של 51 חומצות אמינו בשתי שרשראות מחוברות. פרדריק בנטינג וג'ון מקלאוד קיבלו על התגלית את פרס נובל כבר בשנה שאחרי [4].

האינסולין היה הראשון בשורה ארוכה. מאז שהוכנס לשימוש הגיעו לשוק יותר מ-80 תרופות פפטידיות, למצבים שנעים מסוכרת ואוסטאופורוזיס ועד טרשת נפוצה, זיהום ב-HIV וכאב כרוני [1]. אם סופרים גם חומרים לאבחון, מאגר מידע אחד מצא יותר מ-100 מוצרים פפטידיים מאושרים עד 2020 [2]. כדי להבין למה, כדאי להתחיל באבני הבניין.

חומצות אמינו: אלפבית של עשרים אותיות

חלבונים ופפטידים בנויים מסט של כ-20 חומצות אמינו סטנדרטיות. לכולן אותו שלד, קבוצת אמין בקצה אחד וקבוצה קרבוקסילית (חומצית) בקצה השני, ועוד שרשרת צד שנותנת לכל אחת את האופי שלה: שמנונית, טעונה, קטנה, מגושמת, או כזו שיכולה ליצור גשרים עם השכנות שלה.

כשקבוצת האמין של חומצת אמינו אחת מגיבה עם הקבוצה החומצית של אחרת, משתחררת מולקולת מים, והשתיים ננעלות זו לזו בקשר פפטידי. חוזרים על זה שוב ושוב ומקבלים שרשרת עם כיוון: היא מתחילה בקצה האמיני (קצה ה-N) ומסתיימת בקצה החומצי (קצה ה-C).

סדר השיירים הוא הכול. אם חומצות האמינו הן אותיות, פפטיד הוא מילה, וחלבון הוא פסקה שמקפלת את עצמה לפסל תלת-ממדי. מספיק להחליף אות אחת, ו"כלב" נהיה "כלה".

איפה נגמר פפטיד ומתחיל חלבון

הגודל הוא קו ההפרדה המקובל, אבל זו מוסכמה ולא חוק טבע. ביוכימאים נוהגים לקרוא לשרשראות של עד כ-50 חומצות אמינו פפטידים, ולארוכות יותר חלבונים.

רגולטורים צריכים כלל חד יותר. מאז מרץ 2020, ה-FDA האמריקאי מגדיר כחלבון כל שרשרת של חומצות אמינו, בעלת רצף מוגדר, שארוכה מ-40 חומצות אמינו [3]. זו הסיבה שאינסולין, עם 51, מוסדר היום בארה"ב כמוצר ביולוגי, ואילו שרשראות קצרות יותר מוסדרות כתרופות.

בפועל, הגודל קובע גם את דרך הייצור. פפטידים קצרים נבנים בדרך כלל כימית, חומצת אמינו אחרי חומצת אמינו; המדריך שלנו על איך מייצרים ובודקים פפטידים מסביר איך. חלבונים גדולים מיוצרים בדרך כלל בתאים מהונדסים.

אוקסיטוצין: ההורמון הראשון שנבנה מאפס

במשך עשרות שנים, הדרך היחידה להשיג הורמונים פפטידיים הייתה להפיק אותם מבלוטות של בעלי חיים. ב-1953 דיווחו הכימאי האמריקאי וינסנט דו ויניו והצוות שלו שסינתזו אוקסיטוצין במעבדה, ושלמולקולה הסינתטית יש הפעילות הביולוגית של ההורמון [5]. זה זיכה אותו בפרס נובל לכימיה ב-1955, "על הסינתזה הראשונה של הורמון פוליפפטידי" [6].

בכותרת המאמר מסתתרת חידה קטנה: היא מדברת על "אוקטפפטיד אמיד", כלומר על שמונה יחידות. לאוקסיטוצין יש תשע חומצות אמינו, אבל שתיים מהן הן ציסטאינים שמחוברים בגשר גופרית, והכימאים של אז ספרו את הזוג הזה כיחידה אחת, ציסטין. הכתבה שלנו על אוקסיטוצין מסבירה מה ההורמון עושה.

אוקסיטוצין, הורמון הלידה וההתקשרות, ארוך תשע חומצות אמינו בלבד. אינסולין: 51. תרופות ה-GLP-1 ששינו את הטיפול בהשמנה נמצאות איפשהו באמצע.

הסינתזה אפשרה לא רק להעתיק פפטידים אלא גם לשנות אותם: להחליף שיירים, להוסיף שרשראות צד שומניות כדי שישרדו זמן רב יותר בדם, או לתכנן רצפים שהטבע מעולם לא יצר. BPC-157, למשל, הוא שרשרת סינתטית של 15 חומצות אמינו.

למה רוב הפפטידים לא מגיעים בכדור

לבלוע פפטיד זה קצת כמו לשלוח מכתב דרך מגרסה. הקיבה והמעיים בנויים לפרק חלבונים ופפטידים לחומצות אמינו בודדות לצורכי תזונה, והדופן שלהם סופגת מולקולות גדולות בצורה גרועה. מתן פומי של פפטידים טיפוליים נתקל בשני המכשולים: ספיגה חלשה דרך מחסום המעי ופירוק נרחב בידי אנזימי העיכול [7].

Semaglutide בטבליות הוא הפתרון המפורסם. כל טבליה מכילה משפר ספיגה בשם SNAC. מחקרים בבני אדם ובכלבים הראו שהתרופה נספגת בקיבה, ממש ליד הטבליה המתמוססת. שם SNAC ממתן את החומציות המקומית ומגן על הפפטיד מאנזימים, ובמקביל עוזר לו לחצות לזמן קצר את דופן הקיבה [7]. ה-FDA אישר את טבליית ה-Semaglutide הראשונה בספטמבר 2019 [9].

וגם אז, המספרים מעוררי ענווה. העלון מעריך את הזמינות הביולוגית המוחלטת בכ-0.4% עד 2%, תלוי בטבליה [8]. במילים אחרות, רוב המנה בכלל לא מגיעה לדם, וזו הסיבה שרוב התרופות הפפטידיות הן עדיין זריקות.

עידן ה-GLP-1

GLP-1 הוא הורמון פפטידי שהמעי משחרר אחרי ארוחות. תרופות שמחקות אותו, שהתחילו כטיפולים בסוכרת והתפתחו לתרופות לירידה במשקל כמו Semaglutide, הפכו את הפפטידים לכמה מהתרופות המדוברות בעולם. Science בחר בתרופות ההשמנה מבוססות GLP-1 כ-Breakthrough of the Year של 2023 [10].

המועמדות החדשות הולכות רחוק יותר, ומשלבות פעילות בשניים או בשלושה קולטנים הורמונליים בשרשרת מהונדסת אחת. את ההתפתחות הזאת אפשר לקרוא בכתבה שלנו על אגוניסטים של GLP-1, GLP-2 ו-GLP-3. הרבה פפטידים מאושרים התחילו כהעתקים של הורמונים אנושיים; אחרים הגיעו מהכימיה של הטבע עצמו, כולל ארס של בעלי חיים [1].

ומה זה אומר על פפטידים למחקר

פפטידים למחקר מיוצרים באותה כימיה כמו תרופות פפטידיות, אבל עם הבדל מכריע אחד: רובם מעולם לא עברו את הניסויים שתרופה חייבת לעבור. רצף קצר, שנשמע טבעי או אלגנטי מבחינה כימית, אינו כשלעצמו ראיה לשום דבר.

השאלות שחשובות זהות לכל חומר: מה הוכח, באיזה סוג מחקר, ועד כמה חזק. המדריך שלנו לרמות ראיות מסביר איך מבדילים בין תוצאה בתרבית תאים לבין תרופה מאושרת.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין פפטיד לחלבון?

שניהם שרשראות של חומצות אמינו. פפטידים קצרים, לפי המוסכמה עד כ-50 חומצות אמינו, וחלבונים ארוכים יותר ומתקפלים למבנים מורכבים; ה-FDA האמריקאי מחשיב כל שרשרת של יותר מ-40 חומצות אמינו כחלבון [3].

האם פפטידים הם טבעיים?

רבים כן. הגוף משתמש בפפטידים כהורמונים וכאותות, והרבה תרופות פפטידיות מאושרות התחילו כהעתקים או כגרסאות ששונו של הורמונים אנושיים. אחרות הגיעו ממקורות כמו ארסים [1].

למה רוב הפפטידים לא מגיעים בכדור?

אנזימי העיכול מפרקים אותם, ודופן המעי סופגת אותם בצורה גרועה [7]. Semaglutide בטבליות עוקף את זה בעזרת משפר ספיגה, אבל רק אחוזים בודדים מכל מנה נספגים [8].

כמה תרופות פפטידיות אושרו?

סקירה מ-2021 מנתה יותר מ-80 תרופות פפטידיות בשוק [1]. מאגר מידע מ-2021, שספר גם חומרים לאבחון, מצא יותר מ-100 פפטידים מאושרים נכון ל-2020 [2].

Synthos

ספריית המחקר

כל אצווה ב-Synthos נבדקת במעבדה חיצונית ובלתי תלויה, ותעודת האנליזה של האצווה מגיעה עם ההזמנה. אפשר לבקש לראות אותה מהנציג לפני שמשלמים.

איך קוראים תעודת אנליזה

להמשך קריאה באתרים אחרים

כתבות והסברים מכלי תקשורת וגופי מחקר אחרים, שבחרנו ובדקנו.

מקורות

  1. Muttenthaler M, King GF, Adams DJ, Alewood PF. Trends in peptide drug discovery. Nat Rev Drug Discov. 2021;20(4):309-325. Cited for more than 80 marketed peptide drugs, their indications, and origins in human hormones and venoms. PubMed
  2. D'Aloisio V, Dognini P, Hutcheon GA, Coxon CR. PepTherDia: database and structural composition analysis of approved peptide therapeutics and diagnostics. Drug Discov Today. 2021;26(6):1409-1419. Cited for more than 100 approved therapeutic and diagnostic peptides as of 2020. PubMed
  3. US Food and Drug Administration. Definition of the term "biological product" (final rule; protein defined as an amino acid polymer greater than 40 amino acids). Federal Register. 21 February 2020; effective 23 March 2020. Cited for the FDA definition of a protein as more than 40 amino acids. Federal Register
  4. Hegele RA, Maltman GM. Insulin's centenary: the birth of an idea. Lancet Diabetes Endocrinol. 2020;8(12):971-977. Cited for Collip's January 1922 purification and the 1923 Nobel Prize to Banting and Macleod. PubMed
  5. du Vigneaud V, Ressler C, Swan JM, et al. The synthesis of an octapeptide amide with the hormonal activity of oxytocin. J Am Chem Soc. 1953;75(19):4879-4880. Cited for the first laboratory synthesis of oxytocin. DOI
  6. The Nobel Prize in Chemistry 1955: Vincent du Vigneaud. NobelPrize.org. Cited for the Nobel Prize motivation, "for the first synthesis of a polypeptide hormone". NobelPrize.org
  7. Buckley ST, Bækdal TA, Vegge A, et al. Transcellular stomach absorption of a derivatized glucagon-like peptide-1 receptor agonist. Sci Transl Med. 2018;10(467):eaar7047. Cited for why oral peptides are poorly absorbed and how SNAC enables stomach absorption of semaglutide. PubMed
  8. Novo Nordisk. Semaglutide tablets (Rybelsus; Ozempic tablets): US prescribing information, clinical pharmacology (absorption). DailyMed, National Library of Medicine. Cited for the estimated absolute oral bioavailability of semaglutide tablets. DailyMed
  9. US Food and Drug Administration. Drugs@FDA: NDA 213051, semaglutide tablets, original approval 20 September 2019. Cited for the September 2019 approval of oral semaglutide. Drugs@FDA
  10. Couzin-Frankel J. Obesity meets its match. Science. 2023;382(6676):1226-1227. Cited for GLP-1 obesity drugs as Science's 2023 Breakthrough of the Year. PubMed

המאמר מסכם מחקרים שפורסמו, לצורכי לימוד והקשר מעבדתי. הוא אינו ייעוץ רפואי. מוצרי Synthos נמכרים למחקר מעבדתי בלבד ואינם מאושרים לשימוש בבני אדם.

ספריית המחקר

להמשיך לקרוא

ספריית המחקר