Ключевые слова
медицинская химия, органическая химия, синтез гетероциклических соединений, малые молекулы, ранняя разработка лекарственных препаратов, противомикробные агенты, противовирусные агенты, противотуберкулезные препараты, синтез и исследование метаболитов, лекарственные средства, доклинические исследования.

Направления исследований

• Дизайн, синтез и исследование новых противовирусных агентов прямого и непрямого действия
• Дизайн, синтез и исследование новых антибактериальных агентов как широкого, так и узкого спектра действия
• Дизайн и разработка противотуберкулезных агентов
• Дизайн, синтез и исследование новых соединений, регулирующих деятельность ЦНС
• Дизайн и разработка соединений с противораковым действием
• Исследование метаболизма ксенобиотиков, идентификация и синтез метаболитов

Основные методы исследований
Лаборатория проводит полный цикл ранней разработки лекарственного препарата от дизайна оригинальной молекулы, ее синтеза и оптимизации физико-химических и фармакологических свойств, до исследования воздействия организма животных на вещество (фармакокинетика) и влияние вещества на организм (фармакодинамика). Лаборатория обладает уникальной ежедневно пополняемой коллекцией из более чем 5000 биологически активных соединений оригинального строения, которые исследуются на различных in vitro и in vivo моделях.

Методы фундаментальных исследований:

• Органический синтез
• Межфазный катализ
• Синтез при высоком давлении
• Выделение метаболитов из биологических жидкостей
• Идентификация строения и чистоты вещества комплексом физико-химических методов исследования
• Фармакокинетические исследования

ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТЫ И ДОСТИЖЕНИЯ

Целями нашей лаборатории является ранняя разработка низкомолекулярных лекарственных препаратов и разработка новых малых молекул-зондов для идентификации и валидации молекулярных мишеней in vitro и in vivo с целью открытия оригинальных терапевтических препаратов. Мы активно сотрудничаем с различными научными партнерами по всему миру, объединяя усилия в разработке инновационных и эффективных лекарств оригинального строения.

Наши основные исследовательские проекты:

• Препарат-кандидат для терапии деменции, связанной со старением, болезней Паркинсона и Альцгеймера, большого депрессивного расстройства

Целью проекта является открытие и разработка оригинального соединения из класса алкалоидов эбурнамин-винкамин для лечения когнитивных нарушений, связанных со старением или заболеваниями ЦНС. Предварительная эффективность соединений была подтверждена в ходе поведенческих испытаний на мышах и крысах. Этот проект находится в стадии активной разработки при участии компании Р-Фарм.

• Препарат-кандидат для лечения ВИЧ-инфекций

Известно, что имеющиеся ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (ННИОТ) обладают токсичностью для центральной нервной системы, и побочные эффекты эфавиренза и невирапина наиболее хорошо изучены. Целью этого исследовательского проекта было открытие новых ингибиторов с повышенной эффективностью и сниженной токсичностью для ЦНС. Молекула с кодом разработки 12126065 продемонстрировала активность in vitro против штаммов ВИЧ-1, а также благоприятные токсические и фармакокинетические профили in vivo. Соединение не обладает нейрональной токсичностью по сравнению со стандартным эфавирензом. В настоящее время ведутся исследования эффективности.

• Препарат-кандидат для лечения рино- и энтеровирусной инфекции

Молекула с кодом разработки OBR-5-340, ингибирующая широкий спектр рино- и энтеровирусов, была обнаружена в результате тщательного изучения взаимосвязи «структура-активность» класса пиразоло[3,4-d]пиримидина. Соединение обладает благоприятными показателями ADME-T in vitro и фармакокинетики на мышах. Исследования острой и хронической токсичности не выявили каких-либо негативных реакций у мышей. Эффективность соединения была продемонстрирована на мышиной модели хронического миокардита, вызванного вирусом Коксаки B3, где лечение уменьшило повреждение тканей, а также воспаление в сердце и поджелудочной железе инфицированных мышей. Соединение воздействует на карман, расположенный в VP1 капсида рино- или энтеровирусов, но иначе, чем известные капсид-связывающие агенты (плеконарил, вапендавир).

• Препарат для лечения инфекций, вызванных вирусом простого герпеса

PDSTP, пиримидинодиспиротрипиперазин, ингибирует ряд различных вирусов, которые известны тем, что используют гепарансульфат для раннего взаимодействия с клеткой хозяина, например, вирус простого герпеса и цитомегаловирус. Соединение продемонстрировало эффективность в нескольких доклинических животных моделях, включая модель эпителиального кератита простого герпеса у кроликов, модель энцефалита, вызванного вирусом простого герпеса-1, у мышей и модель генитальной герпетической инфекции у морских свинок. Эти исследования проводились компанией «Ниармедик» при поддержке программы «Фарма-2020».

• Препарат для лечения туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью

Макозинон (МНН; код разработки PBTZ169-HCl) был придуман, синтезирован и создан в нашей лаборатории в сотрудничестве с доктором Стюартом Т. Коулом (в то время работавшем в Global Health Institute, Федеральная политехническая школа Лозанны) при поддержке программ FP6 и FP7. Химически соединение относится к классу бензотиазинонов. Макозинон является результатом структурной модификации и оптимизации молекулы BTZ043, которая также была ранее разработана в нашей лаборатории. Макозинон действует путем ингибирования синтеза клеточной стенки микобактерий, ковалентно нацеливаясь на важный фермент декапренилфосфорил-β-D-рибоза-2′-эпимеразу (DprE1). Препарат успешно прошел фазу I (a и b) и фазу IIa клинических испытаний.

Некоторые другие достижения:

• простой синтетический метод получения антиаритмического препарата 3-го поколения ниферидила (торговое название Рефралон), успешно внедренный в производство на опытном заводе Национального медицинского исследовательского центра кардиологии
• дизайн и разработка первого в мире нуклеотидного ингибитора обратной транскриптазы ВИЧ INDOPY-1.

Результаты наших исследовательских проектов представлены в более чем 150 рецензируемых журналах и более чем 10 патентах.

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (патенты, полезные модели, базы данных, ноу-хау и пр.)

1. Lane T, Makarov V, Nelson JAE, Meeker RB, Sanna G, Riabova O, Kazakova E, Monakhova N, Tsedilin A, Urbina F, Jones T, Suchy A, Ekins S. N-Phenyl-1-(phenylsulfonyl)-1H-1,2,4-triazol-3-amine as a New Class of HIV-1 Non-nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor. J Med Chem. 2023; 66(9): 6193-6217. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c02055.

2. Dohme A, Knoblauch M, Egorova A, Makarov V, Bogner E. Broad-spectrum antiviral diazadispiroalkane core molecules block attachment and cell-to-cell spread of herpesviruses. Antiviral Res. 2022; 206: 105402. DOI: 10.1016/j.antiviral.2022.105402.

3. Alimbarova L, Egorova A, Riabova O, Monakhova N, Makarov V. A proof-of-concept study for the efficacy of dispirotripiperazine PDSTP in a rabbit model of herpes simplex epithelial keratitis. Antiviral Res. 2022; 202: 105327. DOI: 10.1016/j.antiviral.2022.105327.

4. Egorova A, Jackson M, Gavrilyuk V, Makarov V. Pipeline of anti-Mycobacterium abscessus small molecules: Repurposable drugs and promising novel chemical entities. Med Res Rev. 2021; 41(4): 2350-2387. DOI: 10.1002/med.21798.

5. Adfeldt R, Schmitz J, Kropff B, Thomas M, Monakhova N, Hölper JE, Klupp BG, Mettenleiter TC, Makarov V, Bogner E. Diazadispiroalkane derivatives are new viral entry inhibitors. Antimicrob Agents Chemother. 2021; 65(4): e02103-20. DOI: 10.1128/AAC.02103-20.

6. Egorova A, Kazakova E, Jahn B, Ekins S, Makarov V, Schmidtke M. Novel pleconaril derivatives: Influence of substituents in the isoxazole and phenyl rings on the antiviral activity against enteroviruses. Eur J Med Chem. 2020; 188: 112007. DOI: 10.1016/j.ejmech.2019.112007.

7. Lupien A, Foo CS, Savina S, Vocat A, Piton J, Monakhova N, Benjak A, Lamprecht DA, Steyn AJC, Pethe K, Makarov VA, Cole ST. New 2-ethylthio-4-methylaminoquinazoline derivatives inhibiting two subunits of cytochrome bc1 in Mycobacterium tuberculosis. PLoS Pathog. 2020; 16(1): e1008270. DOI: 10.1371/journal.ppat.1008270.

8. Wald J, Pasin M, Richter M, Walther C, Mathai N, Kirchmair J, Makarov VA, Goessweiner-Mohr N, Marlovits TC, Zanella I, Real-Hohn A, Verdaguer N, Blaas D, Schmidtke M. Cryo-EM structure of pleconaril-resistant rhinovirus-B5 complexed to the antiviral OBR-5-340 reveals unexpected binding site. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019; 116(38): 19109-19115. DOI: 10.1073/pnas.1904732116.

9. Puhl AC, Garzino Demo A, Makarov VA, Ekins S. New targets for HIV drug discovery. Drug Discov Today. 2019; 24(5): 1139-1147. DOI: 10.1016/j.drudis.2019.03.013

10. Lupien A, Vocat A, Foo CS, Blattes E, Gillon JY, Makarov V, Cole ST. Optimized background regimen for treatment of active tuberculosis with the next-generation benzothiazinone macozinone (PBTZ169). Antimicrob Agents Chemother. 2018; 62(11): e00840-18. DOI: 10.1128/AAC.00840-18.

11. Scoffone VC, Chiarelli LR, Makarov V, Brackman G, Israyilova A, Azzalin A, Forneris F, Riabova O, Savina S, Coenye T, Riccardi G, Buroni S. Discovery of new diketopiperazines inhibiting Burkholderia cenocepacia quorum sensing in vitro and in vivo. Sci Rep. 2016; 6: 32487. DOI: 10.1038/srep32487.

12. Smith LJ, Bochkareva A, Rolfe MD, Hunt DM, Kahramanoglou C, Braun Y, Rodgers A, Blockley A, Coade S, Lougheed KEA, Hafneh NA, Glenn SM, Crack JC, Le Brun NE, Saldanha JW, Makarov V, Nobeli I, Arnvig K, Mukamolova GV, Buxton RS, Green J. Cmr is a redox-responsive regulator of DosR that contributes to M. tuberculosis virulence. Nucleic Acids Res. 2017; 45(11): 6600-6612. DOI: 10.1093/nar/gkx406.

13. Braun H, Kirchmair J, Williamson MJ, Makarov VA, Riabova OB, Glen RC, Sauerbrei A, Schmidtke M. Molecular mechanism of a specific capsid binder resistance caused by mutations outside the binding pocket. Antiviral Res. 2015; 123: 138-145. doi: 10.1016/j.antiviral.2015.09.009.

14. Makarov VA, Braun H, Richter M, Riabova OB, Kirchmair J, Kazakova ES, Seidel N, Wutzler P, Schmidtke M. Pyrazolopyrimidines: potent inhibitors targeting the capsid of rhino- and enteroviruses. ChemMedChem. 2015; 10(10): 1629-1634. DOI: 10.1002/cmdc.201500304.

15. Mori G, Chiarelli LR, Esposito M, Makarov V, Bellinzoni M, Hartkoorn RC, Degiacomi G, Boldrin F, Ekins S, de Jesus Lopes Ribeiro AL, Marino LB, Centárová I, Svetlíková Z, Blaško J, Kazakova E, Lepioshkin A, Barilone N, Zanoni G, Porta A, Fondi M, Fani R, Baulard AR, Mikušová K, Alzari PM, Manganelli R, de Carvalho LP, Riccardi G, Cole ST, Pasca MR. Thiophenecarboxamide derivatives activated by EthA kill Mycobacterium tuberculosis by inhibiting the CTP synthetase PyrG. Chem Biol. 2015; 22(7): 917-927. DOI: 10.1016/j.chembiol.2015.05.016.

16. Turapov O, Glenn S, Kana B, Makarov V, Andrew PW, Mukamolova GV. The in vivo environment accelerates generation of resuscitation-promoting factor-dependent mycobacteria. Am J Respir Crit Care Med. 2014; 190(12): 1455-1457. DOI: 10.1164/rccm.201407-1289LE.

17. Makarov V, Lechartier B, Zhang M, Neres J, van der Sar AM, Raadsen SA, Hartkoorn RC, Ryabova OB, Vocat A, Decosterd LA, Widmer N, Buclin T, Bitter W, Andries K, Pojer F, Dyson PJ, Cole ST. Towards a new combination therapy for tuberculosis with next generation benzothiazinones. EMBO Mol Med. 2014; 6(3): 372-383. DOI: 10.1002/emmm.201303575.

18. Trefzer C, Škovierová H, Buroni S, Bobovská A, Nenci S, Molteni E, Pojer F, Pasca MR, Makarov V, Cole ST, Riccardi G, Mikušová K, Johnsson K. Benzothiazinones are suicide inhibitors of mycobacterial decaprenylphosphoryl-β-D-ribofuranose 2′-oxidase DprE1. J Am Chem Soc. 2012; 134(2): 912-915. DOI: 10.1021/ja211042r.

19. Trefzer C, Rengifo-Gonzalez M, Hinner MJ, Schneider P, Makarov V, Cole ST, Johnsson K. Benzothiazinones: prodrugs that covalently modify the decaprenylphosphoryl-β-D-ribose 2′-epimerase DprE1 of Mycobacterium tuberculosis. J Am Chem Soc. 2010; 132(39): 13663-13665. DOI: 10.1021/ja106357w.

20. Pasca MR, Degiacomi G, Ribeiro AL, Zara F, De Mori P, Heym B, Mirrione M, Brerra R, Pagani L, Pucillo L, Troupioti P, Makarov V, Cole ST, Riccardi G. Clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis in four European hospitals are uniformly susceptible to benzothiazinones. Antimicrob Agents Chemother. 2010; 54(4): 1616-1618. DOI: 10.1128/AAC.01676-09.

21. Makarov V, Manina G, Mikusova K, Möllmann U, Ryabova O, Saint-Joanis B, Dhar N, Pasca MR, Buroni S, Lucarelli AP, Milano A, De Rossi E, Belanova M, Bobovska A, Dianiskova P, Kordulakova J, Sala C, Fullam E, Schneider P, McKinney JD, Brodin P, Christophe T, Waddell S, Butcher P, Albrethsen J, Rosenkrands I, Brosch R, Nandi V, Bharath S, Gaonkar S, Shandil RK, Balasubramanian V, Balganesh T, Tyagi S, Grosset J, Riccardi G, Cole ST. Benzothiazinones kill Mycobacterium tuberculosis by blocking arabinan synthesis. Science. 2009; 324(5928): 801-804. DOI: 10.1126/science.1171583.

22. Schmidtke M, Wutzler P, Zieger R, Riabova OB, Makarov VA. New pleconaril and [(biphenyloxy)propyl]isoxazole derivatives with substitutions in the central ring exhibit antiviral activity against pleconaril-resistant coxsackievirus B3. Antiviral Res. 2009; 81(1): 56-63. DOI: 10.1016/j.antiviral.2008.09.002.