РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОЕКТУ РФФИ № 20-44-660003 р_а (рук. Проценко Ю.Л.)
Одной из важных и интересных проблем современной науки является поиск и разработка новых лекарств. В нашей работе мы исследовали действие препарата, первоначально носившего индекс СК1827452, а затем, название Omecamtiv mecarbil (ОМ). Он позиционировался как селективный активатор сердечного миозина, т.е. препарат для инотропной поддержки при систолической сердечной недостаточности и непосредственно нацеленный на увеличение силы сокращений в сердечных клетках без влияния на кинетику кальция в кардиомиоцитах. Дело в том, что сердечная недостаточность является ведущей причиной смертности с прогрессивно растущей распространенностью. Ее современная терапия основана на комбинации блокаторов β-рецепторов, ингибиторов АПФ и диуретиков. Этот ограниченный терапевтический подход в основном обусловлен известными побочными эффектами доступных в настоящее время инотропных агентов, включая агонисты β-рецепторов и ингибиторы фосфодиэстеразы. В этих случаях существует два основных источника побочных эффектов: повышенная цитозольная концентрация Ca2+ и повышенная потребность сердца в кислороде - оба, как известно, сильно проаритмичны [Nánási et al. 2017].
Современные достижения в области кристаллографии, спектроскопии и вычислительной биофизики позволяют создавать огромные базы данных различных структур химических соединений. Одним из методов поиска новых лекарственных соединений является метод высокопроизводительного скрининга, или перебора. Суть этого метода заключается в том, что с использованием суперкомпьютеров происходит перебор большого количества соединений из баз данных и отбор тех, которые наилучшим образом соединяются с нужным белком-мишенью клетки. Поскольку биохимические процессы в живых тканях находятся в сложных взаимосвязанных отношениях между собой, то очень сложно предсказать ответную реакцию на новое вещество и его поведение в организме. Для этого используют комбинированный вычислительно-экспериментальный подход, который служит платформой для установления различий в клеточной активности кандидатов со схожими функциональными профилями, тем самым, упрощая идентификацию кандидатов, подобных лекарствам, сначала на животных.
Наша работа выполнена на многоклеточных препаратах миокарда изолированных из сердца крыс. Преимущество такого подхода состоит в том, что с одной стороны, препарат сохраняет все основные морфологические структуры миокарда, с другой, исключается влияние различных гуморальных и нервных факторов целого организма. Кроме того, в эксперименте для установления механизма действия вещества можно использовать широкий диапазон дозировки нового фармакологического соединения и в большом спектре внешних условий (температура, частота сердцебиений и т.д.). Целью работы было экспериментально установить дозо-зависимые эффекты ОМ при разных концентрациях ионов кальция в растворе на основные механизмы регуляции сократимости миокарда здоровых животных и животных с монокроталиновой моделью легочно-сердечной недостаточностью. Регистрировали механическую активность изолированных биоптатов миокарда правого желудочка сердца в изометрическом режиме и кинетику ионов кальция в кардиомиоцитах (внутриклеточные кальциевые переходы). Температура растворов 30 — 35º С, частота стимуляции 2 Гц.
Рис. 1. Суперпозиции нормированных на свою амплитуду сокращений (A) и кальциевых переходов (B) трабекул крыс из группы с легочно-сердечной недостаточностью без OM и при действии омекамтива 1.0 мкМоль/л в растворе К-Х с концентрацией кальция 2.0 мМоль/л на длине растяжения 0.95 Lmax. Частота стимуляции 2 Гц и температура раствора 30°C.
В изометрическом режиме впервые показано, что положительный инотропный эффект ОМ сильнее проявляется в препаратах миокарда больных крыс, чем здоровых и на малых длинах растяжения миокарда, чем на больших. В соответствие с известным феноменом Франка-Старлинга, это соответствует меньшим величинам конечно-диастолического объема. Вопреки анонсированному невмешательству ОМ в кинетику кальция в кардиомиоцитах, он существенным образом замедлял скорость спада кальциевого перехода и скорость механического расслабления (Рис. 1). Впервые показана зависимость влияния ОМ на сократимость миокарда от разных концентраций кальция в растворе омывающим препарат миокарда. Впервые показано влияние ОМ на степень выраженности, так называемого, медленного ответа силы (SFR) на ступенчатое удлинение миокарда, как аналога феномена Анрепа. В зависимости от концентрации кальция проявлялся как положительный, так и отрицательный инотропный эффект ОМ в здоровых и недостаточных сердцах. Наиболее ярким был отрицательный лузитропный эффект ОМ, в виде существенного замедления процесса расслабления изометрического сокращения (Рис. 1), что укорачивает длительность диастолического интервала, что ограничивает применение ОМ в клинической практике. Известно, что скорость процесса расслабления определяется, в значительной степени, скоростью секвестрации кальция саркоплазматическим ретикулюмом (внутриклеточная структура кардиомиоцита). Высказано предположение, что ускорение секвестрации сможет устранить этот недостаток ОМ и расширит применение его в клинической практике.