La herramienta más popular que se utiliza para caracterizar la unión en la fase tardía de descubrimiento del desarrollo de fármacos es la calorimetría de titulación isotérmica (isothermal titration calorimetry, ITC). La ITC es un método de alta resolución para la caracterización completa de los detalles químicos básicos de una interacción de unión. Los calorímetros logran esto al medir el calor que se libera o absorbe cuando las moléculas interactúan entre sí. También se puede ejercer control sobre las condiciones de temperatura para comprender cómo la unión depende de la temperatura. Obtenga más información acerca de las mediciones e instrumentos de ITC en este blog.

Los perfiles termodinámicos de la unión ligando-proteína recientemente han reavivado el interés en el descubrimiento de fármacos. Esto se debe principalmente a que proporciona información mecanicista sobre las interacciones moleculares que determinan la afinidad de un ligando por su elemento de acción.¹ El principal objetivo de la fase de descubrimiento en etapa tardía es evaluar y mejorar la potencia y la unión de ligando-proteína. Al analizar la afinidad de unión de diferentes compuestos, tiene importancia comprender los cambios de energía que se producen a medida que actúan como una fuerza impulsora para que el ligando se una a su elemento de acción. De manera específica, la ITC puede medir los cambios de entalpía y la afinidad de unión de una reacción, lo que permite a los científicos determinar y optimizar cuáles compuestos tienen el mayor potencial para uso como medicamentos.

El primer parámetro medido a considerar es la entalpía (ΔH). De acuerdo con la ecuación de Gibbs, los cambios de la entalpía afectan directamente la probabilidad y eficiencia de la unión al ligando. Por lo tanto, un compuesto de partida (hit) con una firma de unión más favorable desde el punto de vista entálpico merece un mayor desarrollo, y la optimización de la identificación de un compuesto de partida (hit) hasta el desarrollo de compuesto candidato (lead) también debe buscar mejorar la entalpía de unión.² Una razón para esto es que es difícil mejorar las propiedades entrópicas después del descubrimiento en la última etapa, debido a la adición de grupos lipófilos para ayudar a mejorar la farmacobilidad.¹ En consecuencia, es beneficioso considerar de antemano posibles mejoras entálpicas. La otra razón es que un valor más negativo de entalpía significa que se forman interacciones más específicas entre el ligando y su elemento de acción, lo que tiene repercusiones importantes en la mejora selectiva de un compuesto de partida.¹ Para evaluar cuál ligando es entálpicamente más favorable, se utiliza una proporción entre la entalpía y la masa molecular del ligando (denominada eficiencia entálpica).¹ En resumen, la medición de la entalpía mediante ITC proporciona indicaciones clave para calificar ligandos como candidatos para modificaciones adicionales.

El segundo parámetro medido que puede usarse para consideración es la constante de unión (K_D). La K_D es una medida de qué tan fuerte o débil es la interacción; la ITC puede medir directamente las afinidades de unión en el rango nanomolar a milimolar. Si la interacción es sub nanomolar, se pueden realizar ensayos de reemplazo competitivos para determinar la K_D del aglutinante más fuerte. Los avances más recientes en el análisis con ITC han permitido la determinación de los parámetros cinéticos, la tasa de disociación (k_apagado) y la tasa de asociación (k_encendido). Las mediciones de estos parámetros cinéticos pueden ser importantes para descubrir el fármaco candidato con el tiempo de residencia deseable, así como las afinidades de unión superiores.¹

Como se mencionó, el uso de la ITC en la etapa final de descubrimiento plantea muchas ventajas técnicas. En primer lugar, la ITC permite las mediciones de todos los parámetros de unión y termodinámicos, incluso la entalpía y la entropía, en un solo experimento. En segundo lugar, es un método sensible que también se puede utilizar para estudiar interacciones intermoleculares complejas con múltiples puntos de unión, además de cuantificar diferentes constantes de unión de una reacción. En tercer lugar, la ITC puede realizar mediciones sin colorantes ni etiquetado y requiere un bajo nivel de consumo de muestra. Por último, este método requiere pasos de desarrollo o de optimización mínimos, lo que lo convierte en una herramienta muy basada en datos que se puede utilizar para validar diferentes modelos computacionales.

En resumen, la ITC es una herramienta poderosa y popular que puede medir el calor liberado y absorbido cuando las moléculas interactúan entre sí. Esto tiene grandes beneficios en el descubrimiento en etapas avanzadas, porque los parámetros termodinámicos y cinéticos medidos brindan información sobre qué ligandos tienen el mayor potencial para el desarrollo y uso futuro de fármacos. En general, la ITC proporciona muchos conocimientos únicos que otros métodos no pueden ofrecer.