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.
ผมเป็นนักออกแบบโปรตีน และผมต้องการที่จะพูดคุย เกี่ยวกับยาชนิดใหม่ มันถูกสร้างมาจากโมเลกุล ที่เรียกว่า เปปไทด์ขนาดสั้น
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.
มียาเปปไทด์ขนาดสั้น จำนวนไม่มากในปัจจุบัน แต่จะมีเป็นจำนวนมากที่จะเข้าสู่ ตลาดในทศวรรษหน้า เรามาสำรวจกันดีกว่า ว่ายาใหม่ ๆ เหล่านี้ ทำจากอะไร ต่างกันอย่างไร และอะไรเป็นสาเหตุ ที่ก่อให้เกิดกระแส ของยาที่ใหม่และน่าตื่นเต้นนี้
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.
เปปไทด์ขนาดสั้น เป็นโปรตีนที่มีขนาดเล็กมาก พวกมันมีพันธะเคมีเพิ่มเติม ที่คอยจำกัดรูปร่างของโมเลกุล และสิ่งนี้ทำให้มันมีเสถียรภาพ อย่างน่าเหลือเชื่อ และมีศักยภาพสูงอีกด้วย มันเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ บางชนิดร่างกายของเราก็ผลิตได้ มันช่วยในการสู้กับการติดเชื้อแบคทีเรีย เชื้อราและเชื้อไวรัส และสัตว์อย่างเช่นงูและแมงป่อง ใช้เปปไทด์ขนาดสั้นในพิษของมัน
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.
ยาที่ทำจากโปรตีนเรียกว่า ยาชีววัตถุ ดังนั้น มันจึงรวมเปปไทด์ขนาดสั้น เช่นเดียวกับยารักษาโรคอย่างอินซูลิน หรือยาแอนติบอดี เช่น ยาฮูไมร่า (Humira) หรือยาเอนเบรล (Enbrel) ด้วย และโดยทั่วไป ยาชีววัตถุนั้นยอดเยี่ยม เพราะพวกมันหลีกเลี่ยงกลไกต่าง ๆ ของยา ที่ก่อให้เกิดผลข้างเคียง
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.
อันดับแรก โปรตีน เป็นวัสดุธรรมชาติปลอดสารพิษ ในร่างกายของเรา เซลล์ของเราผลิตโปรตีน ที่แตกต่างกันนับหมื่น โดยพื้นฐานแล้ว อาหารทั้งหมดของเรา ก็มีโปรตีนอยู่ในนั้น และอย่างที่สอง บางครั้งยาก็มีปฏิกิริยา กับโมเลกุลในร่างกาย โดยที่คุณไม่ต้องการ เมื่อเทียบกับยาโมเลกุลขนาดเล็ก และในที่นี้ ผมหมายถึง ยาทั่วไป เช่น แอสไพริน ยาชีววัตถุมีขนาดค่อนข้างใหญ่
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.
โมเลกุลจะมีปฏิสัมพันธ์กัน เมื่อพวกมันปรับรูปร่างให้เข้ากันอย่างสมบูรณ์ เหมือนแม่กุญแจและลูกกุญแจ ลูกกุญแจที่ใหญ่กว่าก็จะมีร่องฟันมากกว่า ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะเข้ากับ แม่กุญแจได้เฉพาะเพียงตัวเดียว แต่ยาชีววัตถุส่วนใหญ่ก็มีข้อบกพร่องเช่นกัน พวกมันเปราะบาง ดังนั้น เราจึงนิยมให้ยาเหล่านี้ด้วยการฉีด เพราะกรดในกระเพาะอาหารของเรา จะทำลายยา ถ้าเรารับประทานมันเข้าไป
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.
ตรงกันข้ามกับเปปไทด์ขนาดเล็ก ยาเหล่านี้ทนทานเหมือนยาทั่วไป ดังนั้น จึงเป็นไปได้ที่จะให้ยาเหล่านี้ ในรูปแบบของ ยาเม็ด ยาสูดพ่น ยาขี้ผึ้ง นี่คือสิ่งที่ทำให้เปปไทด์ขนาดสั้น เป็นที่ต้องการสำหรับการพัฒนายา พวกมันรวมคุณสมบัติที่ดีที่สุดบางอย่าง ของโมเลกุลขนาดเล็ก และยาชีววัตถุเข้าไว้ด้วยกัน แต่น่าเสียดายที่มันยากอย่างไม่น่าเชื่อ ที่จะปรับโครงสร้างของเปปไทด์ขนาดสั้น ที่เราพบในธรรมชาติ ให้กลายมาเป็นยาชนิดใหม่
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.
นี่เป็นจุดที่ผมได้เข้ามา การสร้างยาใหม่ เป็นเหมือนการสร้างลูกกุญแจ เพื่อให้พอดีกับแม่กุญแจที่เฉพาะนั้น เราจำเป็นต้องทำให้รูปร่างถูกต้อง แต่ถ้าเราเปลี่ยนรูปร่าง ของเปปไทด์ขนาดสั้นมากเกินไป พันธะเคมีพิเศษเหล่านั้น จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ และโมเลกุลทั้งหมดก็จะแยกจากกัน ดังนั้น เราจึงต้องคิด วิธีการควบคุมรูปร่างของพวกมัน
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.
ผมเป็นสมาชิกกลุ่มความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ ระหว่างหลายสถาบันมากมาย ที่ตั้งอยู่ในสามทวีป ที่มารวมตัวกันเพื่อแก้ไขปัญหานี้ เราใช้วิธีที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง เมื่อเทียบกับวิธีการเดิม ๆ แทนที่จะเปลี่ยนเปปไทด์ขนาดสั้น ที่เราพบในธรรมชาติ เราค้นพบ วิธีสร้างมันขึ้นใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้น เพื่อช่วยเราในการทำสิ่งนี้ เราได้พัฒนาฟรี โอเพนซอร์ซ ซอฟต์แวร์ออกแบบเปปไทด์ ที่ใครก็สามารถใช้ได้เช่นกัน
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.
เพื่อทดสอบวิธีการของเรา เราได้สร้างชุดของเปปไทด์ขนาดสั้น ที่มีรูปร่างที่แตกต่างกัน อย่างหลากหลาย ซึ่งโปรตีนบางตัวไม่เคยถูกพบ ตามธรรมชาติมาก่อน จากนั้นเราเข้าไปในห้องปฏิบัติการ และทำการผลิตเปปไทด์เหล่านี้ ต่อมา เราได้กำหนด โครงสร้างระดับโมเลกุลของพวกมัน โดยใช้การทดลอง เมื่อเราเปรียบเทียบแบบจำลองที่เราออกแบบ กับโครงสร้างโมเลกุลจริง เราพบว่าซอฟต์แวร์ของเรา สามารถวางตำแหน่งอะตอมแต่ละตัว ด้วยความแม่นยำ ในระดับเกณฑ์ที่สามารถวัดได้ เมื่อสามปีที่แล้ว สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ แต่วันนี้ เรามีความสามารถ ที่จะสร้างเปปไทด์ของนักออกแบบ ด้วยรูปร่างที่ถูกปรับแต่งโดยเฉพาะ สำหรับการพัฒนายา
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.
ดังนั้น เทคโนโลยีนี้กำลังพาเราไปที่ไหน เมื่อเร็ว ๆ นี้ ผมและเพื่อนร่วมงาน ได้ออกแบบเปปไทด์ขนาดสั้น ที่สามารถต้านไวรัสไข้หวัดใหญ่ ป้องกันสารพิษจากเชื้อโบทูลิซึม และกักเซลล์มะเร็งไม่ให้เจริญเติบโต ยาใหม่บางตัวนี้ ได้ผ่านการทดสอบกับสัตว์ในห้องทดลอง ในขั้นการทดสอบพรีคลินิก ถึงตอนนี้ ยาทั้งหมดมีความปลอดภัย และมีประสิทธิผลสูง
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.
การออกแบบเปปไทด์ขนาดสั้น เป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัย และแผนการพัฒนายา กำลังดำเนินอย่างช้า ๆ และระมัดระวัง อีกสามถึงห้าปี จึงจะถึงขั้นตอนการทดสอบกับมนุษย์ แต่ในช่วงเวลานั้น ยาเปปไทด์ขนาดสั้น ก็จะเข้าสู่แผนการพัฒนายามากขึ้น และในที่สุด ผมก็เชื่อว่า ยาเปปไทด์ที่ถูกออกแบบ จะทำให้เราทุกคนหลุดพ้น จากข้อจำกัดของโรคภัยไข้เจ็บที่เราต้องเผชิญ
Thank you.
ขอบคุณครับ
(Applause)
(เสียงปรบมือ)