Тромбин – многофункциональная протеиназа, которая играет ключевую роль в процессах свертывания крови. По строению активного центра тромбин относится к семейству сериновых протеиназ; кроме того, он имеет два анион-связывающих участка: для фибриногена и для гепарина.

     В норме, при активации свертывания крови происходит целый каскад реакций, на одной из последних стадий которого тромбин гидролизует фибриноген с образованием фибрина, что приводит к агрегации фибрина и формированию сгустка.

      Медицина гомеостаза имеет два диаметрально противоположных аспекта. С одной стороны, необходимо разрабатывать препараты, которые препятствуют свертыванию крови, например для проведения сердечно-сосудистых операций. С другой стороны – нужно бороться с образованием тромбов внутри сосудов, поскольку тромбы вызывают многие опасные заболевания: нестабильную стенокардию (острый коронарный синдром), инфаркт миокарда, ишемический инсульт, тромбозы сосудов нижних конечностей.

     В настоящее время основным медицинским препаратом для модуляции гомеостаза является гепарин и его производные. Гепарин имеет существенные недостатки. Гепарин взаимодействует со многими белками плазмы крови, поэтому его  антикоагуляционная активность плохо предсказуема. Гепарин может индуцировать гипотонию и тромбоцитопению; он способен потенциировать действие физиологических индукторов агрегации тромбоцитов. Гепарин медленно выводится из организма, что часто приводит к послеоперационным кровотечениям.

     В связи с этим разрабатываются и применяются три класса препаратов нового типа, в отличие от гепарина имеющих высокую специфичность. Первый класс - это тромболитики, действие которых направлено на растворение тромба путем активации фибринолитической системы (например, стрептокиназа, урокиназа (пуралаза) , тканевой активатор плазминогена). Второй класс – это анти-агреганты, которые ингибируют агрегацию тромбоцитов (например, аспирин, тиенопиридины (плавикс), антагонисты гликопротеинов (монафрам). Третий класс - это анти-коагулянты, которые ингибируют  образование фибрина (прямые ингибиторы тромбина и непрямые антикоагулянты).

     К прямым ингибиторам тромбина относятся препараты, блокирующие активный центр фермента, например, гирудин (действующее вещество пиявок) и его рекомбинантные производные; а также низкомолекулярные соединения (аргатробан, мелагатран), которые ХХХ.

     С помощью комбинаторной химии нуклеиновых кислот (SELEX) можно получать аптамеры – высоко-аффинные и высоко-специфические фрагменты ДНК или РНК, которые в качестве молекулярных узнающих элементов являются функциональными аналогами моноклональных антител. В отличие от антител аптамеры более технологичны, поскольку получаются химическим роботизированным синтезом и мало иммуногенны.

     Методом SELEX получены аптамерные ДНК, которые эффективно ингибируют тромбин. Один из вариантов анти-тромбинового аптамера проходит медицинские испытания в качестве короткоживущего антикоагулянта в рамках кооперации двух компаний Archemix и Nuvelo. Выявлены его несомненные достоинства: предсказуемый антикоагулянтный эффект, быстрота действия и инактивации, пониженный потенциал вызывать кровотечения, отсутствие риска индукции тромбоцитопении.

В основе структуры аптамерных ДНК лежит т.н. G-квадруплекс, образованный двумя G-квартетами, которые стабилизированы стэкинг-взаимодействиями и координированным ионом металла. G-квадруплексная структура найдена для других аптамеров (например, к АТР, аргинину, рецептору ВИЧ). Будучи необычной и специфической структурой G-квадруплексы играют важную роль во многих биологических процессах: они  найдены на концах теломерной ДНК и в онкогенных промоторах. В рамках нанобиотехнологии G-квадруплексы изучают как аналоги ионных каналов, а также как прототипы «молекулярной проволоки».

     В задачу нашей группы входит выяснение характерных свойств структуры аптамерных ДНК, которые влияют на эффективность и специфичность взаимодействия аптамеров с тромбином, а также определяют антикоагулянтный эффект. Совместно с Институтом экспериментальной кардиологии Российского кардиологического научного комплекса получены положительные результаты в экспериментах на животных.