Leveraging the Uniquely High Beta-Cell Zinc Content for Targeted Drug Delivery

利用独特的高β细胞锌含量进行靶向药物输送

基本信息

  • 批准号:
    10207073
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Diabetes is a disorder of glucose homeostasis that causes excess hospitalization, morbidity and early mortality among the more than 34.2 million disease-affected Americans. Consequently, developing pharmacologic methods to preserve β-cell function and/or stimulate β-cell mass expansion is of intense interest. Presently, the creation of improved diabetes medications is stymied by a dearth of safe therapeutic targets. In fact, on-target but off-tissue drug effects are slowing progress across multiple diabetes therapeutic domains including β-cell regeneration, β-cell preservation, and immune-protection. In principle, stimulating the regeneration of insulin- producing β-cells could be used to restore or enhance endogenous insulin production capacity. Recently, we developed several new highly potent chemical inducers of human β-cell proliferation. However, the non-selective growth-promoting activity of these molecules prevents further clinical development. Consequently, a “modular” (readily transferable) system for β-cell-targeted drug delivery is needed to realize the next generation of diabetes therapeutics. To address this challenge, we are developing a β-cell-targeted drug delivery module based upon the uniquely high zinc content of β-cells. In this system, a zinc-chelating moiety is covalently integrated into a replication-promoting (cargo) compound to generate a bi-functional compound (βRepZnC) that selectively enhances β-cell drug accumulation and replication-promoting activity. Here, we combine a medicinal chemistry effort with systematic in vitro and in vivo interrogation to advance our platform technology for β-cell-targeted drug delivery. In Aim 1, we will define the chemical “rules” that govern zinc-dependent β-cell targeting. We will synthesize and assay diverse βRepZnCs where cargo/chelator composition, zinc-binding affinity and physicochemical properties are systematically varied. In Aim 2, we will examine the in vivo β-cell selectivity (accumulation and replication-promoting activity) of systemically-delivered βRepZnCs. We will use desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MSI) to measure tissue-specific drug accumulation and predict tissue-specific bioactivity. This work will demonstrate the in vivo efficacy of novel βRepZnC therapeutics in multiple diabetes mouse models and deliver a validated methodology; overcoming a major barrier to developing cell-targeted therapeutics: the lack of a facile method for in vivo measurement of tissue-specific drug delivery. In Aim 3, we will use CRISPR technology to genetically dissect the pathways that control β-cell zinc and zinc- binding drug accumulation. As part of this effort, we will genetically enhance β-cell βRepZnCs accumulation and β-cell selective replication induction. Overall, our studies will advance a modular technology for β-cell-targeted drug delivery, optimize βRepZnCs, validate a greatly needed tool for assessing cell-targeted drug delivery in vivo and provide fundamental (targetable) insights into β-cell biology.
项目摘要 糖尿病是一种葡萄糖稳态疾病,会导致过度住院,发病率和早期死亡率 在受疾病影响的美国人中超过3420万。因此,开发药理学 保持β细胞功能和/或刺激β细胞质量扩张的方法引起了人们的强烈关注。目前, 安全治疗靶标的死亡使改善的糖尿病药物的创造受到阻碍。实际上,目标 但是组织外药物的影响正在减慢多种糖尿病治疗域的进展,包括β细胞 再生,β细胞保存和免疫保护。原则上,刺激胰岛素的再生 产生的β细胞可用于恢复或增强内源性胰岛素生产能力。最近,我们 开发了人类β细胞增殖的几种新型高潜在的化学诱导剂。但是,非选择性 这些分子的增长活性阻止了进一步的临床发育。因此,“模块化” (随时转移)用于实现下一代糖尿病的β细胞靶向药物的系统 治疗。为了应对这一挑战,我们正在基于 β细胞的独特锌含量。在该系统中,将锌螯合部分共价集成到一个 复制促进(货物)化合物以产生有选择性的双功能化合物(βrepznc) 增强β细胞药物的积累和复制促进活性。在这里,我们结合了医学化学 努力进行系统的体外和体内询问,以推进我们针对β细胞靶向药物的平台技术 送货。在AIM 1中,我们将定义依赖锌细胞靶向锌的化学“规则”。我们将 合成和分析潜水员βRepznc,其中货物/螯合剂组成,锌结合亲和力和 物理特性是系统的。在AIM 2中,我们将检查体内β细胞选择性 (累积和复制促进活性)全身传递的βrepzncs。我们将使用解吸 电喷雾电离质谱法(DESI-MSI)测量组织特异性药物的积累并预测 组织特异性生物活性。这项工作将证明新型βrepznc治疗在体内效率 多种糖尿病小鼠模型并提供经过验证的方法;克服发展的主要障碍 细胞靶向疗法:缺乏用于组织特异性药物递送体内测量的便捷方法。 在AIM 3中,我们将使用CRISPR技术在基因上剖析控制β细胞锌和锌的途径 结合药物积累。作为这项工作的一部分,我们将一般会增强β-CellβRepzncs的积累和 β细胞选择性复制诱导。总体而言,我们的研究将推进针对β细胞靶向的模块化技术 药物输送,优化βRepzncs,验证了一种在体内评估细胞靶向药物递送的急需的工具 并为β细胞生物学提供基本的(目标)见解。

项目成果

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