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.
אני מעצב חלבונים. ואני רוצה לדבר על סוג חדש של רפואה. שבנויה ממולקולה שנקראת "פפטיד כפוי".
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.
יש רק תרופות מעטות מפפטידים כפויים שזמינות כיום, אבל תרופות רבות יגיעו לשוק בעשור הקרוב. בואו נחקור ממה התרופות החדשות האלו עשויות, במה הן שונות, ומה גורם לגל הנכנס הזה של תרופות חדשות ומרגשות.
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.
פפטידים כפויים הם חלבונים מאוד קטנים. שיש בהם קשרים כימיים נוספים שמגבילים אותם וכופים עליהם צורה מסוימת, וזה הופך אותם ליציבים באופן מדהים וגם למאוד עוצמתיים. הם חלבונים שקיימים באופן טבעי, הגוף שלנו אפילו מייצר כמה כאלה שעוזרים לנו להילחם בזיהומים חיידקיים, פטרייתייים וויראליים. וחיות כמו נחשים ועקרבים משתמשות בפפטידים כפויים בארס שלהן.
Drugs that are made of protein are called biologic drugs. 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.
תרופות שעשויות מחלבונים נקראות תרופות ביולוגיות. אז זה כולל את הפפטידים הכפויים, וגם תרופות כמו אינסולין או תרופות נוגדנים כמו הומירה או אנברל. ובאופן כללי, תרופות ביולוגיות הן נהדרות, בגלל שהן מונעות חלק מהדרכים בהן תרופות גורמות לתופעות לוואי.
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.
ראשית, חלבון. זה חומר לגמרי טבעי, לא רעיל בגוף שלנו. התאים שלנו מייצרים עשרות אלפי חלבונים שונים ובאופן כללי בכל המזון שלנו יש חלבון. ושנית, לפעמים לתרופות יש אינטראקציות עם מולקולות בגוף שלנו שאנחנו לא מעוניינים בהן. בהשוואה לתרופות ממולקולות קטנות, ובכך אני מתכוון לתרופות רגילות, כמו אספירין, התרופות הביולוגיות הן די גדולות.
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.
מולקולות עוברות אינטראקציה כאשר הן מקבלות צורות שמתאימות זו לזו באופן מושלם. כמו מנעול ומפתח. ובכן, למפתח גדול יותר יש יותר חריצים, לכן יותר סביר שיתאים למנעול אחד בלבד. אבל לרוב התרופות הביולוגיות יש גם פגם. הן שבירות. אז בדרך כלל נותנים אותן בזריקה, כי החומצה בקיבה שלנו תהרוס אותן אם ננסה לבלוע אותן.
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.
פפטידים כפויים הם ההיפך מזה. הם מאוד עמידים, כמו תרופות רגילות. כן שאפשר לתת אותם בכדורים, משאפים, משחות. זה מה שהופך פפטידים כפויים לתרופות כל כך נחשקות לפיתוח. הם משלבים כמה מהמאפיינים הכי טובים של מולקולות קטנות ותרופות ביולוגיות. אבל לצערנו, זה מאוד מאוד קשה להנדס מחדש את הפפטידים הכפויים שאנחנו מוצאים בטבע כך שיהפכו לתרופות חדשות.
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.
כאן אני נכנס לתמונה. ליצור תרופה חדשה זה דומה לייצור מפתח שיתאים למנעול מסויים. צריך להגיע בדיוק לצורה הנכונה. אבל אם משנים את הצורה של פפטיד כפוי יתר על המידה, אי אפשר ליצור את הקשרים הכימיים הנוספים וכל המולקולה מתפרקת. אז היינו צריכים להבין איך לשלוט על הצורה שלהם.
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.
אני הייתי חלק משיתוף פעולה מדעי שהקיף תריסר מוסדות בשלוש יבשות שפעלו יחד ופתרו את הבעיה הזו. נקטנו בגישה שונה באופן קיצוני ממה שנוסה בעבר. במקום לשנות את הפפטידים הכפויים הקיימים בטבע, מצאנו דרך לבנות פפטידים חדשים מאפס. על מנת לעזור לנו בכך, פיתחנו תוכנת קוד פתוח חינמית לעיצוב פפטידים שכל אחד יכול להשתמש בה.
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.
כדי לבדוק את השיטה שלנו, יצרנו סדרה של פפטידים כפויים בעלי מגוון רחב של צורות. רבים מהם מעולם לא נראו בטבע בעבר. ואז נכנסנו למעבדה וייצרנו את הפפטידים הללו. אחר כך, קבענו את המבנה המולקולרי שלהם. על ידי ניסויים. וכשהשוונו את המודלים שתכננו למבנה המולקולרי האמיתי שלהם, גילינו שהתוכנה שלנו מסוגלת למקם אטומים בודדים ברמת דיוק שהיא על גבול יכולת המדידה שלנו. לפני 3 שנים, לא היה ניתן לעשות את זה. אבל היום, יש לנו את היכולת ליצור פפטידים שעוצבו על ידינו בצורות שתפורות באופן ספציפי לצרכי פיתוח תרופות.
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.
אז לאן הטכנולוגיה הזו תיקח אותנו? ובכן, לאחרונה, העמיתים שלי ואני עיצבנו פפטידים כפויים שמנטרלים את נגיף השפעת, מגנים מהרעלת בוטוליניום ועוצרים גדילה של תאי סרטן. חלק מהתרופות החדשות האלו נבדקו במחקרים טרום- קליניים בחיות מעבדה. ועד כה הן כולן בטוחות ומאוד יעילות.
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.
עיצוב פפטידים כפויים הוא בחוד החנית של הטכנולוגיה, ומסלול פיתוח התרופות הוא איטי וזהיר. אז יש עוד שלוש עד חמש שנים לפני שנתחיל בניסויים בבני אדם. אבל עד אז, ייכנסו עוד פפטידים כפויים למסלול של פיתוח התרופות. ובסופו של דבר, אני מאמין שתרופות פפטידיות מעוצבות יאפשרו לכולנו להשתחרר מכבלי המחלות שלנו.
Thank you.
תודה.
(Applause)
(מחיאות כפיים)