Dienstleistungen

Professionelle und kostensparende Lösungen

Rationales, struktur­basiertes Inhibitor-Design

Creative Enzymes bietet professionelle Dienstleistungen im Bereich des rationalen, struktur­basierten Inhibitordesigns an – eine Methodik, die dreidimensionale Enzymstrukturen und computergestützte Modellierung nutzt, um das Design und die Optimierung von Inhibitormolekülen zu steuern. Durch die Integration von Strukturbiologie, medizinischer Chemie und computergestützter Chemie ermöglicht unser Ansatz die Entwicklung von potenten, selektiven und biologisch relevanten Inhibitoren. Mithilfe validierter Strukturmodelle, Charakterisierung der aktiven Zentren und molekularem Docking bieten wir einen umfassenden Rahmen für die rationale Inhibitordiscovery, wodurch Zeit und experimentelle Kosten erheblich reduziert und die Wahrscheinlichkeit der Identifizierung wirksamer Leitstrukturen erhöht werden. Unser Service unterstützt pharmazeutische, biotechnologische und akademische Forschung mit dem Ziel, therapeutische und industrielle Enzymanwendungen voranzutreiben.

Verständnis des rationalen, struktur­basierten Inhibitordesigns

Rationales Inhibitordesign stellt einen transformativen Ansatz in der Arzneimittelforschung dar, indem es von traditionellem Trial-and-Error-Screening zu wissensbasierter molekularer Entwicklung übergeht. Diese Methode stützt sich auf präzise Strukturinformationen der Zielenzyme, um die Entwicklung von Molekülen mit hoher Affinität, Spezifität und gewünschten pharmakologischen Eigenschaften zu steuern. Strukturelle Einblicke ermöglichen es Forschern, die Topologie des aktiven Zentrums, elektrostatische Eigenschaften und dynamische Konformationszustände auszunutzen, um Inhibitoren zu entwerfen, die optimal mit dem Enzym interagieren.

Grundprinzipien und methodische Grundlagen

Strukturelle Determinanten der Bindung

  • Dreidimensionale Komplementarität zwischen Inhibitor und Topographie der Bindungsstelle
  • Optimierung der Übereinstimmung des elektrostatischen Potentials und Wasserstoffbrücken-Netzwerke
  • Strategische Verdrängung wichtiger struktureller Wassermoleküle
  • Ausnutzung hydrophober Packung und π-π-Stapelungs­interaktionen

Energetische Überlegungen

  • Maximierung günstiger enthalpischer Beiträge durch spezifische molekulare Interaktionen
  • Optimierung entropischer Komponenten durch Reduktion flexibler Bindungen und Vororganisation
  • Abwägung von Desolvatisierungs­verlusten mit Zugewinnen an Bindungsenergie

In den letzten Jahren haben struktur­basierte Strategien eine überlegene Effizienz und Vorhersagbarkeit im Vergleich zu zufälligem High-Throughput-Screening gezeigt. Durch die Kombination von rationalem Design mit computergestützten Simulationen und experimenteller Validierung können Forscher Ressourcenverschwendung minimieren, vielversprechende Kandidaten priorisieren und die Entwicklung potenter Inhibitoren für therapeutische oder industrielle Zwecke beschleunigen.

Unser Angebot

Unser Rational Structure-Based Inhibitor Design-Service bietet eine umfassende Pipeline zur Entwicklung von Molekülen, die gezielt die aktiven Zentren von Enzymen adressieren. Wir integrieren Strukturdaten, computergestützte Modellierung und iterative Optimierung, um hochwirksame Inhibitoren zu erzeugen.

Zentrale Leistungen umfassen:

Enzyme active site analysis showing catalytic residues and binding interactions

Analyse des aktiven Zentrums

Detaillierte Untersuchung katalytischer und substratbindender Aminosäuren zur Identifizierung von Ansatzpunkten für Inhibitoren.

Rational design of scaffold A and compound library structure (Shawky et al., 2021)

Rationales Gerüstdesign

Entwicklung neuartiger Inhibitorkerne oder Modifikation bestehender Moleküle auf Basis struktureller Erkenntnisse.

Docking and simulation of ACE inhibitors binding to hACE2 receptor (Al-Karmalawy et al., 2021)

Molekulares Docking und Simulation

Vorhersage der Bindungsmodi, Affinitäten und Interaktionsnetzwerke.

Iterative structure-based optimization of short peptides targeting the bacterial sliding clamp (Monsarrat et al., 2021)

Iterative Optimierung

Verfeinerung chemischer Strukturen zur Maximierung von Wirksamkeit, Selektivität und Stabilität.

Experimental measurements of enzyme catalytic activity and inhibition kinetics (Smirnovienė et al., 2021)

Integration mit experimenteller Validierung

Computergestützte Vorhersagen dienen direkt als Grundlage für nachfolgende in vitro- oder in vivo-Tests.

Dieser Service stellt sicher, dass jeder entworfene Inhibitor auf strukturellen und mechanistischen Überlegungen basiert und so die Effizienz und Effektivität der Wirkstoffsuche maximiert wird.

Service-Workflow

Workflow diagram of rational structure-based inhibitor design services at Creative Enzymes

Kontaktieren Sie unser Team

Unser vollständiger Prozess für struktur­basiertes Inhibitordesign

Unser Structure-Based Inhibitor Design Service geht über das rationale Design hinaus und bietet umfassende End-to-End-Unterstützung – von der ersten Zielbewertung und computergestützten Modellierung bis zur experimentellen Aktivitätsmessung. Entdecken Sie unsere spezialisierten Servicemodule, um Ihre Projekte zur Entdeckung und Entwicklung von Enzyminhibitoren effizient voranzubringen.

Technische und computergestützte Unterstützung für struktur­basiertes Inhibitordesign

Wir bieten fortschrittliche technische und computergestützte Unterstützung als Grundlage für das struktur­basierte Inhibitordesign.

Struktur­basiertes Screening von Inhibitorkandidaten

Wir bieten umfassende Screening-Services für struktur­basierte Inhibitorkandidaten, die computergestützte und experimentelle Ansätze kombinieren.

Aktivitätsmessung von Inhibitoren im struktur­basierten Design

Zur Validierung vorhergesagter Inhibitoren bieten wir präzise enzymatische Aktivitätsmessungen an.

Anfrage

Unsere Wettbewerbsvorteile

Expertise im rationalen Design

Jahrzehntelange Erfahrung in der Kombination von Enzymologie, Strukturbiologie und computergestützter Chemie.

Individuell anpassbare Lösungen

Jeder Inhibitor wird auf spezifische Kunden­ziele, Ziel­eigenschaften und chemische Vorgaben zugeschnitten.

Integration von computergestützten und experimentellen Erkenntnissen

Enge Abstimmung mit in vitro- und in vivo-Validierung zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit.

Schnelle Leitstrukturoptimierung

Iterative Designzyklen beschleunigen die Identifizierung hochaffiner, selektiver Inhibitoren.

Zugang zu proprietären Datenbanken und Tools

Erweiterte strukturelle Einblicke und chemisches Wissen ermöglichen zuverlässigere Vorhersagen.

Bewährte Erfolgsbilanz

Erfolgreiches Design und Optimierung von Inhibitoren für verschiedene Enzymklassen in pharmazeutischen und akademischen Projekten.

Fallstudien und Anwendungen aus der Praxis

Fall 1: Rationales Design von 3-Methylchinoxalin-basierten VEGFR-2-Inhibitoren

Eine Serie von 3-Methylchinoxalin-Derivaten wurde rational entwickelt, um die pharmakophoren Eigenschaften von VEGFR-2-Inhibitoren zu imitieren und auf ihr antikanzerogenes Potenzial untersucht. Die Verbindungen 15b und 17b zeigten starke antiproliferative Aktivität gegen MCF-7- und HepG-2-Zellen, wobei 17b als potentester VEGFR-2-Inhibitor hervorging (IC50 = 2,7 nM). Mechanistische Studien zeigten, dass 17b Apoptose und Zellzyklusarrest in der G2/M-Phase induzierte, die Caspase-3/9-Aktivität und das Bax/Bcl-2-Verhältnis signifikant erhöhte. Molekulares Docking bestätigte eine stabile Bindung an VEGFR-2 ohne Hemmung von Cytochrom P450. In silico-ADMET- und DFT-Analysen unterstützten günstige Arzneimitteleigenschaften, Stabilität und elektronische Eigenschaften und validierten den rationalen, struktur­basierten Designansatz.

Design and evaluation of quinoxaline-based VEGFR-2 inhibitors with docking and ADMET studiesAbbildung 1. Rationales Design der neu vorgeschlagenen VEGFR-2-Inhibitoren. (Alanazi et al., 2021)

Fall 2: Rationales Design bivalenter EXACT-Inhibitoren für selektives Protease-Targeting

Um die Herausforderung der selektiven Hemmung homologer Gerinnungsproteasen zu überwinden, setzten Forscher eine rationale, struktur­basierte Designstrategie ein, inspiriert von natürlichen hämatophagen Peptiden. Durch die Verknüpfung von EXosit-bindenden Aptameren mit niedermolekularen aktiven Site-Inhibitoren wurden bivalente "EXACT"-Inhibitoren geschaffen, die eine bemerkenswerte Potenz und steuerbare Selektivität aufweisen. Die Aptamer-Komponente steigerte die Wirksamkeit des Inhibitors synergetisch um ein Vielfaches, lenkte die Enzymspezifität um und ermöglichte eine schnelle Umkehr der Hemmung durch gezielte Antidote. Eine optimierte Konstruktion, HD22-7A-DAB, zeigte außergewöhnliche antikoagulatorische Aktivität mit schnellem Wirkungseintritt und Reversibilität und demonstriert die Leistungsfähigkeit rationaler molekularer Entwicklung für die Entwicklung selektiver, potenter und kontrollierbarer Enzyminhibitoren für therapeutische Anwendungen.

Aptameric hirudins acting as selective and reversible EXACT inhibitorsAbbildung 2. Rationales Design des thrombinbindenden EXACT-Inhibitors a, b Kristallstrukturen des Hirudin-Thrombin-Komplexes (a) im Vergleich zum HD22-7A-DAB-Thrombin-Komplex (b). (Yu et al., 2024)

FAQs zum rationalen, struktur­basierten Inhibitordesign

  • F: Was ist der Vorteil des rationalen Designs gegenüber traditionellem Screening?

    A: Rationales Design konzentriert sich auf strukturelles und mechanistisches Verständnis, reduziert unnötigen experimentellen Aufwand und erhöht die Wahrscheinlichkeit, hochaffine, selektive Inhibitoren zu entdecken.
  • F: Können Inhibitoren auch für Enzyme ohne Kristallstruktur entwickelt werden?

    A: Ja. Homologiemodellierung und Strukturverfeinerung ermöglichen rationales Design auch ohne experimentell bestimmte Strukturen.
  • F: Wie werden Bindungsmodi von Inhibitoren validiert?

    A: Die vorhergesagte Bindung wird durch Docking, molekulare Dynamik-Simulationen und Abgleich mit verfügbaren experimentellen Daten bestätigt.
  • F: Welche Molekültypen können entworfen werden?

    A: Wir können kleine Moleküle, Peptidomimetika oder modifizierte Gerüste entwickeln, die auf Wirksamkeit, Selektivität und chemische Umsetzbarkeit zugeschnitten sind.
  • F: Wie lange dauert ein typisches rationales Designprojekt?

    A: Je nach Komplexität kann das Design und die Optimierung mehrere Wochen bis Monate dauern, mit iterativen Zyklen von Modellierung und in silico-Bewertung.
  • F: Welche Ergebnisse werden bereitgestellt?

    A: Kunden erhalten Strukturmodelle, Docking-Ergebnisse, vorhergesagte Bindungsenergien, optimierte Inhibitorstrukturen und detaillierte Designberichte, die für die experimentelle Synthese oder Validierung bereit sind.

Referenzen:

  1. Alanazi MM, Elkady H, Alsaif NA, et al. New quinoxaline-based VEGFR-2 inhibitors: design, synthesis, and antiproliferative evaluation with in silico docking, ADMET, toxicity, and DFT studies. RSC Adv. 2021;11(48):30315-30328. doi:10.1039/D1RA05925D
  2. Al-Karmalawy AA, Dahab MA, Metwaly AM, et al. Molecular docking and dynamics simulation revealed the potential inhibitory activity of ACEIs against SARS-Cov-2 targeting the hACE2 receptor. Front Chem. 2021;9:661230. doi:10.3389/fchem.2021.661230
  3. Monsarrat C, Compain G, André C, et al. Iterative structure-based optimization of short peptides targeting the bacterial sliding clamp. J Med Chem. 2021;64(23):17063-17078. doi:10.1021/acs.jmedchem.1c00918
  4. Shawky AM, Ibrahim NA, Abourehab MAS, Abdalla AN, Gouda AM. Pharmacophore-based virtual screening, synthesis, biological evaluation, and molecular docking study of novel pyrrolizines bearing urea/thiourea moieties with potential cytotoxicity and CDK inhibitory activities. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. 2021;36(1):15-33. doi:10.1080/14756366.2020.1837124
  5. Smirnovienė J, Baranauskienė L, Zubrienė A, Matulis D. A standard operating procedure for an enzymatic activity inhibition assay. Eur Biophys J. 2021;50(3-4):345-352. doi:10.1007/s00249-021-01530-8
  6. Yu H, Kumar S, Frederiksen JW, et al. Aptameric hirudins as selective and reversible EXosite-ACTive site (EXACT) inhibitors. Nat Commun. 2024;15(1):3977. doi:10.1038/s41467-024-48211-6

Nur für Forschungs- und Industriezwecke. Nicht für den persönlichen Gebrauch bestimmt. Bestimmte Produkte in Lebensmittelqualität eignen sich für die Formulierungsentwicklung in Lebensmitteln und verwandten Anwendungen.

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