Ich bin Proteindesigner. Ich möchte über eine neue Art Medikament sprechen. Seine Grundlage ist ein Molekül, namens beschränktes Peptid.
I'm a protein designer. And I'd like to discuss a new type of medicine. It's made from a molecule called a constrained peptide.
Es gibt zurzeit wenige Medikamente aus beschränkten Peptiden, aber im nächsten Jahrzehnt, werden viele weitere kommen. Schauen wir uns an, woraus diese Medikamente bestehen, was an ihnen anders ist und was der Grund für diese aufkommende Flut an neuen und spannenden Mitteln ist.
There are only a few constrained peptide drugs available today, but there are a lot that will hit the market in the coming decade. Let's explore what these new medicines are made of, how they're different and what's causing this incoming tidal wave of new and exciting medicines.
Eingeschränkte Peptide sind sehr kleine Proteine. Sie haben zusätzliche chemische Bindungen, die die Anordnung des Moleküls beschränkt, und das macht sie unglaublich stabil und sehr wirksam. Sie kommen ganz natürlich vor, unser Körper produziert einige, die uns im Kampf gegen Bakterien, Pilze und Vireninfektionen helfen. Tiere wie Schlangen oder Skorpione nutzen beschränkte Peptide in ihrem Gift.
Constrained peptides are very small proteins. They've got extra chemical bonds that constrain the shape of the molecule, and this makes them incredibly stable as well as highly potent. They're naturally occurring, our bodies actually produce a few of these that help us to combat bacterial, fungal and viral infections. And animals like snakes and scorpions use constrained peptides in their venom. Drugs that are made of protein are called biologic drugs.
Medikamente aus Proteinen heißen biologische Medikamente. Das schließt beschränkte Peptide ein, gemeinsam mit Mitteln wie Insulin oder Antikörper-Medikamenten wie Humira oder Enbrel. Diese biologischen Mittel sind toll, weil sie nicht die Nebenwirkungen vieler anderer Mittel haben.
So this includes constrained peptides, as well as medicines like insulin or antibody drugs like Humira or Enbrel. And in general, biologics are great, because they avoid several ways that drugs can cause side effects.
Erst einmal, sind Proteine ein komplett natürlicher ungiftiger Baustoff unseres Körpers. Zellen produzieren zehntausende verschiedene Proteine und der Großteil unserer Nahrung enthält Proteine. Zweitens, interagieren Medikamente manchmal mit Molekülen im Körper, mit denen sie nicht interagieren sollen. Im Vergleich zu Mitteln aus kleinen Molekülen, also normale Arzneimittel, wie Aspirin, sind biologische Arzneimittel eher groß.
First, protein. It's a totally natural, nontoxic material in our bodies. Our cells produce tens of thousands of different proteins, and basically, all of our food has protein in it. And second, sometimes drugs interact with molecules in your body that you don't want them to. Compared to small molecule drugs, and by this I mean regular drugs, like aspirin, biologics are quite large.
Moleküle interagieren, wenn sie Anordnungen finden, die perfekt zusammenpassen. Wie Schloss und Schlüssel. Ein größerer Schlüssel hat mehr Furchen, also passt er wahrscheinlich nur in ein bestimmtes Schloss. Aber biologische Arzneimittel haben auch Nachteile. Sie sind zerbrechlich. Deswegen werden sie meist intravenös verabreicht, denn die Magensäure würde sie zerstören, wenn wir sie schlucken würden.
Molecules interact when they adopt shapes that fit together perfectly. Much like a lock and key. Well, a larger key has more grooves, so it's more likely to fit into a single lock. But most biologics also have a flaw. They're fragile. So they're usually administered by injection, because our stomach acid would destroy the medicine if we tried to swallow it.
Beschränkte Peptide sind ganz anders. Sie sind so robust, wie normale Arzneimittel. Also kann man sie über Pillen, Inhalatoren oder Salben verabreichen. Daher sind beschränkte Peptide zur Arzneimittelentwicklung so begehrt. Sie kombinieren die besten Merkmale von Mitteln aus kleinen Molekülen und biologischen Arzneimitteln. Leider ist es sehr schwer, die beschränkten Peptide, die wir in der Natur finden, so zu ändern, dass sie neue Arzneimittel werden.
Constrained peptides are the opposite. They're really durable, like regular drugs. So it's possible to administer them using pills, inhalers, ointments. This is what makes constrained peptides so desirable for drug development. They combine some of the best features of small-molecule and biologic drugs into one. But unfortunately, it's incredibly difficult to reengineer the constrained peptides that we find in nature to become new drugs.
Da komme ich ins Spiel. Neue Arzneimittel zu entwickeln, ist wie einen Schlüssel zu kreieren, der in ein bestimmtes Schloss passen muss. Die Form muss genau stimmen. Wenn wir die Form der Peptide aber zu sehr verändern, verlieren wir die zusätzlichen chemischen Bindungen und das komplette Molekül zerfällt. Also müssen wir lernen, die Form zu kontrollieren.
So this is where I come in. Creating a new drug is a lot like crafting a key to fit a particular lock. We need to get the shape just right. But if we change the shape of a constrained peptide by too much, those extra chemical bonds are unable to form and the whole molecule falls apart. So we needed to figure out how to gain control over their shape.
Ich war Teil eines Forschungsprojektes, über viele Institutionen und drei Kontinente verteilt, das zusammenkam und dieses Problem löste. Wir machten es radikal anders, als alle vor uns. Anstatt die beschränkten Proteine, die natürlich vorkommen, zu ändern, fanden wir heraus, wie man komplett neue baut. Um uns dabei zu unterstützen, entwickelten wir eine Open-Source Peptid-Design Software, mit der das jeder tun kann.
I was part of a collaborative scientific effort that spanned a dozen institutions across three continents that came together and solved this problem. We took a radically different approach from previous efforts. Instead of making changes to the constrained peptides that we find in nature, we figured out how to build new ones totally from scratch. To help us do this, we developed freely available open-source peptide-design software that anyone can use to do this, too.
Um unsere Methode zu testen, stellten wir eine Reihe von beschränkten Peptiden her, mit vielen verschiedenen Formen. Viele davon wurden noch nie in der Natur beobachtet. Dann haben wir im Labor diese Peptide produziert. Als nächstes bestimmten wir mit Hilfe von Experimenten ihre molekulare Struktur. Als wir dann unsere Modelle, mit den echten Strukturen verglichen, sahen wir, dass unsere Software individuelle Atome mit einer Genauigkeit, die an die Messgrenzen stößt, anordnet. Vor drei Jahren, war das nicht möglich. Aber heute können wir Designer-Peptide entwickeln, mit Anordnungen speziell für die Arzneimittelentwicklung.
To test our method out, we generated a series of constrained peptides that have a wide variety of different shapes. Many of these had never been seen in nature before. Then we went into the laboratory and produced these peptides. Next, we determined their molecular structures, using experiments. When we compared our designed models with the real molecular structures, we found that our software can position individual atoms with an accuracy that's at the limit of what's possible to measure. Three years ago, this couldn't be done. But today, we have the ability to create designer peptides with shapes that are custom-tailored for drug development.
Also, wo führt uns diese Technologie hin? Letztendlich entwickelten meine Kollegen und ich beschränkte Peptide, die den Influenza Virus neutralisieren, die vor Nahrungsmittelvergiftung schützen und die Krebszellen am Wachstum hindern. Einige dieser neuen Wirkstoffe, wurden schon in vorklinischen Studien an Labortieren getestet. Und bislang, sind sie alle sicher und höchst effektiv.
So where is this technology taking us? Well, recently, my colleagues and I designed constrained peptides that neutralize influenza virus, protect against botulism poisoning and block cancer cells from growing. Some of these new drugs have been tested in preclinical trials with laboratory animals. And so far, they're all safe and highly effective.
Die Entwicklung dieser Peptide ist eine brandneue Technologie, und Arzneimittelentwicklung ist langsam und vorsichtig. Also dauert es bis zu Studien am Menschen noch 3-5 Jahre. Aber in diesem Zeitraum, werden mehr beschränkte Proteine, sich zur Arzneimittelprüfung anstellen. Und letztendlich glaube ich, dass maßgefertigte Peptid-Medikamente uns alle von Beschränkungen durch Krankheiten befreien werden.
Constrained peptide design is a cutting-edge technology, and the drug development pipeline is slow and cautious. So we're still three to five years out from human trials. But during that time, more constrained peptide drugs are going to be entering the drug development pipeline. And ultimately, I believe that designed peptide drugs are going to enable us all to break free from the constraints of our diseases.
Danke.
Thank you.
(Applaus)
(Applause)