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.
Tôi là nhà thiết kế protein. Và tôi sẽ bàn luận về một loại thuốc mới. Có cấu trúc phân tử được gọi là peptit nén.
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.
Có một vài loại thuốc peptit có sẵn ngày nay, nhưng sẽ có rất nhiều loại tác động vào thị trường trong thập kỉ tới. Hãy khám phá những loại thuốc mới này được làm từ gì, vì sao chúng khác biệt và điều gì tạo nên làn sóng thủy triều của các loại thuốc mới và thú vị này.
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.
Peptit nén là các protein siêu nhỏ. Chúng có nhiều liên kết tạo nên hình thái nguyên tử, và điều này khiến chúng cực kì ổn định cũng như vô cùng bền chắc. Chúng xuất hiện một cách tự nhiên, cơ thể ta có thể sản sinh một số protein nhằm chống chọi với vi khuẩn, nấm và vi-rút. Các động vật như rắn và bọ cạp sử dụng peptit này trong nộc đọc của chúng.
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.
Thuốc được làm từ protein được gọi là thuốc sinh học. Chúng bao gồm peptit nén, giống như các loại thuốc như insulin hay các thuốc kháng thể như Humira hay Enbrel. Nói chung, thuốc sinh học rất tuyệt, bởi vì chúng tránh được nhiều tác dụng phụ mà thuốc có thể gây ra.
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.
Đầu tiên, protein. Nó hoàn toàn tự nhiên, vật chất không độc hại trong cơ thể người. Tế bào chúng ta sản xuất mười ngàn loại protein khác nhau, về cơ bản, tất cả thực phẩm đều chứa protein. Và thứ hai, đôi khi thuốc tương tác với các phân tử trong cơ thể mà bạn không muốn. So sánh với các thuốc phân tử nhỏ, và ý tôi là thuốc thông thường, như kháng sinh, thì thuốc sinh học có kích thướng lớn hơn.
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.
Các phân tử tương tác khi chúng thay đổi hình dạng để phù hợp một cách hoàn hảo. Giống như ổ khóa và chìa vậy. À, chìa khóa lớn hơn có nhiều rãnh hơn, nên nó chỉ vừa với một chìa duy nhất. Nhưng hầu hết thuốc sinh học đều có hạn chế. Chúng dễ vỡ. Vì vậy, chúng thường được tiêm vào cơ thể, nếu không axit trong dạ dày sẽ phá hủy thuốc khi chúng ta uống nó.
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.
Peptit nén thì ngược lại. Chúng cực kỳ bền vững, như thuốc thông dụng vậy. Vì vậy, chúng có thể được làm thành thuốc viên, ống hít hoặc thuốc mỡ. Đây là lý do vì sao peptit nén đầy triển vọng trong phát triển thuốc. Chúng kết hợp những đặc tính tốt của thuốc sinh học và thuốc phân tử nhỏ vào cùng một loại. Nhưng không may, cực kỳ khó để tái tạo các peptit nén mà ta tìm thấy trong tự nhiên để trở thành thứ thuốc mới.
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.
Đây là nhiệm vụ của chúng tôi, sáng tạo một loại thuốc mới giống như chế tạo chìa khóa để vừa vào ổ khóa vậy. Chúng tôi cần cấu hình đúng. Nhưng nếu thay đổi hình dạng peptit nén quá nhiều, những liên kết hóa học không thể được định hình và cả phân tử sẽ phân tách. Vì vậy, chúng tôi cần tìm ra cách điều khiển hình dạng của chúng.
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.
Chúng tôi liên kết với hàng tá tổ chức trong ba châu lục, cố gắng tụ họp lại với nhau và giải quyết vấn đề. chúng tôi dùng các cách tiếp cận khác hẳn so với các nỗ lực trước. Thay vì thay đổi các peptit có trong tự nhiên, chúng tôi tìm ra cách tạo nên một thứ mới ngay từ ban đầu. Để làm được điều dó, chúng tôi phát triển phần mềm tạo peptit từ nguồn mở miễn phí mà ai cũng có thể sử dụng.
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.
Để thử nghiệm phương pháp, chúng tôi tạo ra một loạt các peptit nén vốn có nhiều dạng hình thù khác nhau. Nhiều trong số chúng chưa bao giờ thấy trong tự nhiên trước đó Sau đó chúng tôi vào phòng thí nghiệm và tạo các peptit này. Tiếp theo, chúng tôi tạo cấu trúc phân tử của chúng, bằng thí nghiệm. Khi chúng tôi so sánh mẫu thiết kế với cấu trúc phân tử thật, chúng tôi nhận thấy phần mềm có thể đặt các nguyên tử vào đúng vị trí với sự chính xác vốn giới hạn đo lường. Ba năm trước, điều này không được thực hiện. Nhưng hôm nay, chúng ta có khả năng để thiết kế các peptit với hình dạng tùy chỉnh cho việc phát triển thuốc chữa bệnh.
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.
Vậy công nghệ này đang hướng chúng ta đi đâu? Gần đây, đồng nghiệp tôi và tôi thiết kế những peptit nén có thể trung lập vi-rút cúm, ngăn ngừa ngộ độc và ngăn tế bào ung thư phát triển. Vài loại thuốc mới này đã được thử nghiệm tiền lâm sàng trên động vật. Chúng đều an toàn và cho hiệu quả cao.
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.
Các thiết kế peptit nén là ngành công nghệ mũi nhọn, và thủ tục phát triển thuốc thì chậm chạp và thận trọng Vậy nên, cần phải chờ ba đến năm năm mới có thể thử nghiệm trên người. Nhưng trong thời gian đó, nhiều loại thuốc peptit sẽ được đưa vào phát triển. Và tôi cực kỳ tin tưởng rằng thiết kế thuốc peptit sẽ giải thoát chúng ta khỏi những khó khăn khi chiến đấu với bệnh tật.
Thank you.
Xin cảm ơn.
(Applause)
(Vỗ tay)