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.
Mi occupo di progettazione di proteine. Vorrei parlarvi di un nuovo tipo di medicina. È fatta con una molecola chiamata peptide vincolato.
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.
Oggi abbiamo pochi farmaci a base di peptidi vincolati, ma ne arriveranno molti sul mercato nei prossimi anni. Vediamo come sono fatte queste nuove medicine, in cosa si differenziano e le ragioni di questa grande ondata di medicine nuove e fantastiche.
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.
I peptidi vincolati sono proteine molto piccole. Hanno legami chimici extra che limitano la forma della molecola, e questo li rende incredibilmente stabili e assai potenti. Esistono in natura, il nostro corpo ne produce diversi che ci aiutano a combattere le infezioni batteriche, micotiche e virali. E animali come i serpenti e gli scorpioni usano peptidi vincolati nel loro veleno.
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.
I farmaci composti da proteine sono chiamati farmaci biologici. Questi includono i peptidi vincolati, insieme a medicinali come l’insulina o i farmaci a base di anticorpi come Humira e Enbrel. In generale, i biologici sono grandiosi, perché eliminano molti degli effetti collaterali dei farmaci.
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.
Primo, le proteine. Sono sostanze del tutto naturali, non tossiche, presenti nel corpo. Le nostre cellule producono decine di migliaia di proteine diverse e tutto il nostro cibo contiene proteine. Secondo, a volte i farmaci interagiscono con molecole del nostro corpo con cui non vorremmo reagissero. Rispetto ai farmaci a molecole piccole, mi riferisco a quelli ordinari come l’aspirina, i biologici sono un po' grandi.
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.
Le molecole interagiscono quando assumono forme che si incastrano, come una chiave con la serratura. Una chiave grande ha più solchi, quindi è più probabile che si adatti a una singola serratura. Ma molti biologici hanno anche un difetto. Sono fragili. Vengono somministrati mediante iniezione, perché l’acido dello stomaco distruggerebbe la medicina se la ingoiassimo.
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.
I peptidi vincolati sono l'opposto. Sono molto resistenti, come i farmaci normali. Quindi è possibile somministrarli mediante pillole, inalatori, unguenti. Questo rende i peptidi vincolati appetibili per lo sviluppo farmaceutico. Uniscono le migliori caratteristiche dei farmaci a base di molecole piccole e di quelli biologici, in un medicinale. Sfortunatamente è molto complicato riprogettare i peptidi vincolati che troviamo in natura per trasformarli in nuovi farmaci.
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.
E qui intervengo io. Creare un nuovo farmaco è simile a forgiare una chiave che entri in una serratura specifica. Dobbiamo darle la forma giusta. Ma se cambiamo troppo la forma di un peptide vincolato, i legami extra non possono formarsi e l’intera molecola si disgrega. Quindi dovevamo scoprire come ottenere il controllo sulla loro forma.
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.
Ho partecipato a un progetto scientifico che ha coinvolto una dozzina di istituti sparsi in tre continenti che hanno unito le forze e risolto questo problema. Abbiamo usato un approccio del tutto diverso dai precedenti. Invece di modificare i peptidi vincolati presenti in natura, abbiamo imparato a costruirne di nuovi partendo da zero. Per poterlo fare, abbiamo sviluppato un software gratuito e open source per creare peptidi che chiunque può utilizzare. Per testare il nostro metodo,
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.
abbiamo generato una serie di peptidi vincolati con una grande varietà di forme diverse. Molti non erano mai stati visti prima in natura. Poi siamo andati in laboratorio per creare questi peptidi. Quindi, abbiamo determinato le loro strutture molecolari con degli esperimenti. Quando abbiamo confrontato i modelli con le strutture molecolari reali, abbiamo scoperto che il software può posizionare singoli atomi con una precisione ai limiti delle misurazioni possibili. Tre anni fa, non sarebbe stato possibile. Ma oggi, abbiamo la capacità di creare peptidi sintetici con forme fatte su misura per lo sviluppo di farmaci.
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.
Dove ci porta questa tecnologia? Recentemente, con i miei colleghi ho progettato peptidi vincolati che neutralizzano virus influenzali, proteggono contro il botulismo e bloccano la crescita di cellule tumorali. Alcuni di questi nuovi farmaci sono stati testati in studi preclinici su animali da laboratorio. E fino ad ora, sono ritenuti sicuri ed estremamente efficaci.
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.
La progettazione di peptidi vincolati è una tecnologia innovativa e l’iter di sviluppo dei farmaci è lento e prudente. Serviranno altri 3 o 5 anni per gli studi sull’uomo. Ma nel frattempo, sempre più peptidi vincolati entreranno nell’iter di sviluppo di un farmaco. E alla fine, credo che i farmaci a base di peptidi sintetici ci aiuteranno a liberarci dalle costrizioni delle nostre malattie.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)