Jak najít molekulu v kupce… jiných molekul

Pátrání po sloučeninách ovlivňujících buněčné procesy patří k významným oblastem současné biologie a biochemie ve vědeckých ústavech i farmaceutických firmách. Hledané molekuly představují též potenciální kandidáty na budoucí léčiva. Chemických látek ale existuje nepřeberné množství, proto vznikly metody a přístupy umožňující testovat klidně i desetitisíce látek najednou. „Snadno a rychle.“

Štěstí přeje připraveným aneb člověk někdy najde to, co nehledá. Kdo ví, co se honilo hlavou Alexanderu Flemingovi, když v roce 1928 po návratu z dovolené zčásti náhodou objevil penicilin, čímž způsobil revoluci v léčbě infekčních bakteriálních chorob. Ne každý má štěstí jako Fleming a žádat o dovolenou za účelem možného budoucího objevu je také poněkud problematické. Chemici, biochemici a biologové zkrátka musí ovládat jiné metody a přístupy, aby dokázali najít správnou molekulu, která bude schopna léčit určitou chorobu. Objev penicilinu spadá do doby „prehistorie“ nalézání léčiv, nové sloučeniny vědci nacházeli náhodou, nebo hledali účinnou látku zodpovědnou za léčivý efekt v léta ověřených „léčivých přípravcích“ a pomáhali si kombinací různých separačních metod. Snad nejznámějším příkladem je slavný Aspirin, nejpoužívanější léčivo současnosti: vloni uplynulo 125 let od „narození“ kyseliny acetylsalicylové, avšak vrbová kůra (lat. Salix), obsahující látku později známou jako salicin, se k úlevě od různých typů bolesti používala již ve starověku.

Hlavní postavy v high-content imaging (HCI) – automatizovaný mikroskop a roboti. Malé akademické centrum pro HCI, kombinace automatizovaného fluorescenčního mikroskopu (1 – Operetta CLS , PerkinElmer) a automatizované pipetovací stanice (5 a 7 – Janus G3, PerkinElmer). Obě části propojuje robotický podavač a přemisťovač destiček (3 – Plate Handling Robot II , PerkinElmer). Destičky s buňkami jsou umístěny v inkubátoru (6) a do mikroskopu jsou přemístěny dvířky (2). Destičky se sloučeninami („chemická knihovna“) se nacházejí v zásobníku (4) a podavač destiček je přemístí do jedné z několika pozic v pipetovací stanici (5). Pipetovací hlava stanice (7) obsahuje 96 kanálů, kterými nejprve odebere malé množství roztoku sloučenin knihovny (typicky pár mikrolitrů) a přenese je do destičky s buňkami, která byla pro tuto akci přemístěna z inkubátoru (6) do pipetovací stanice. Následně jsou destičky s buňkami přeneseny zpět do inkubátoru. Na obrázcích je oddělení pro HCI na katedře biologie na Padovské univerzitě v Itálii.

Snímek Tomáš Knedlík

Jak se stát slibnou sloučeninou

V současnosti se však už vědcům moc nevyplatí žvýkat kůru všelijakých stromů a zjišťovat, zdali náhodou nemá nějaké „zázračné“ účinky. Moderní objevování léčiv je proces ohromně náročný na čas, finance a množství lidské práce. Od identifikace určité slibné molekuly po její případné uvedení na trh jako léku uteče běžně až deset let a systémem protečou miliardy dolarů… Ale co všechno se děje předtím, než je molekula prohlášena za slibnou?

Laboratoře vědeckých institucí a farmaceutických firem testují obrovské množství sloučenin uložených v tzv. chemických knihovnách. Ty představují soubor různých (nejčastěji) malých molekul, vybraných dle konkrétního účelu. Sloučeniny v necílené knihovně mají pokrýt co největší chemický prostor, tedy obsahovat látky co nejrůznorodější a od každého typu něco (více Vesmír 100, 672, 2021/11). Pokud je znám cíl zásahu, můžeme použít i specializovanou knihovnu, která obsahuje sloučeniny, o nichž se dá předpokládat, že by mohly interagovat se zvoleným cílem. Inspiraci přírodou vědci rozhodně nezavrhli – látky v knihovně jsou často přírodními produkty anebo jsou jimi přinejmenším inspirovány.