Журнал «Вокруг Света» №01 за 2009 год

Идеальная мишень

Современные знания о сбоях в работе организма позволяют целенаправленно разрабатывать лекарства для борьбы с той или иной болезнью. Так же как инженер может сконструировать машину для выполнения строго определенной операции, сегодня стало возможным конструирование лекарств, способных влиять на организм заданным образом. Фото вверху: SPL/EAST NEWS

При взгляде на аптечные киоски кажется, что в мире существует огромное количество лекарств, которое каждый день только увеличивается. Да и реклама часто убеждает нас в том, что практически любую болезнь можно вылечить благодаря появлению нового лекарства. Мало кто знает, что разные компании выпускают одно и то же активное вещество, меняя лишь торговое название и внешний вид упаковки. В продаже, например, может появиться аспирин со вкусом арбуза или моркови. Но, к сожалению, такие новинки ни на шаг не приближают человечество к победе над той или иной болезнью. В то же время по-настоящему новых лекарств (то есть содержащих ранее неизвестные активные субстанции) появляется в мире не так много — несколько десятков в год.

«Пули» Пауля Эрлиха

Буквально столетие назад врачам приходилось обходиться лекарствами, многие из которых не были специфическими, и их действие лишь ослабляло неприятные проявления болезни, или же они просто укрепляли организм, который и сам постепенно справлялся с недугом. Качественный прорыв в этом вопросе был сделан в начале ХХ века. Основателем современной фармакологии стал Пауль Эрлих, получивший в 1908 году Нобелевскую премию за открытия в иммунологии. Занимаясь методами окраски гистологических и микробиологических препаратов, он по-иному взглянул на известный факт, что одна и та же химическая молекула хорошо связывается с клетками одного типа и игнорирует все остальные. Это привело ученого к пониманию принципа специфического взаимодействия (принципа «ключ — замок») — одного из китов, на которых стоит современная биология. Продолжая аналогию, он предположил, что можно найти молекулу, которая будет воздействовать на определенный биологический объект (например, убивать возбудителя болезни или раковые клетки) и не будет влиять на любые другие объекты. Такие, тогда гипотетические, молекулы автор теории назвал «магическими пулями». Руководствуясь этим принципом, в лаборатории Эрлиха впервые в истории стали целенаправленно искать лекарственные вещества против конкретной болезни. Самым эффективным в воздействии оказалось средство против сифилиса, которое широко применялось в течение нескольких десятилетий. Кроме того, были найдены специфические лекарства против сонной болезни и малярии, которые также действовали на причины этих болезней, убивая одноклеточных паразитов — трипаносому и малярийного плазмодия.

Выбор цели

Широкая публика придерживается мнения, что лекарства создаются в научных институтах и университетах. Однако это справедливо лишь от части. Разработкой конкретных лекарств обычно занимаются крупные фармацевтические компании. Конечно, знания о причинах болезней, которые добываются в научных центрах, служат фундаментом для создания лекарств. Их принято публиковать в открытых научно-медицинских изданиях. Похожие работы часто ведутся параллельно несколькими группами ученых, но первооткрывателем считается тот, кто опередил других в печати. А вот обнародование промежуточных результатов во время разработки лекарства не принято. Это все равно что передать противнику секретную информацию. Ведь разработка нового лекарственного препарата от начала до конца и его легальный выпуск на рынок могут оказаться не по карману даже самым богатым университетам. Учитывая стоимость всех испытаний (которые требует законодательство на Западе), а также расходы на изучение веществ, которые потом оказались непригодными, выпуск на рынок принципиально нового лекарства обходится разработчику, по разным оценкам, в 1—1,7 миллиарда долларов. И именно финансовые трудности могут отодвинуть открытие на долгие годы.

Чтобы заинтересовать спонсоров, многие биологические научные статьи заканчиваются оптимистическими фразами: «Наши результаты касаются причин болезни такой-то и могут быть использованы при разработке лекарств против нее». Правда, описание молекулярных основ какой-либо патологии вовсе не гарантирует возможности создания лекарства. Чтобы полететь на Луну, недостаточно знать, как меняются ее фазы. Так и фундаментальные исследования, как правило, не дают результатов, которые можно сразу запатентовать и продать (потому-то их финансируют государство и некоммерческие организации). Для фирм-разработчиков результаты фундаментальных исследований нужны главным образом для того, чтобы выбрать мишень — биомолекулу или другую структуру в организме, виновную или хотя бы причастную к развитию определенной патологии. Иными словами, лекарство разрабатывают не против абстрактной болезни, а против конкретной молекулы-мишени.

Химическая лотерея и молекулярный дизайн

Далеко не всегда научных знаний достаточно для того, чтобы предположить, какая молекула должна воздействовать на данную биологическую мишень. В такой ситуации был Пауль Эрлих. Он ничего не мог знать о молекулярных характеристиках факторов, вызывающих болезни. В его время совершенно точно были известны только «виновники» инфекционных болезней. И Эрлих взялся за бледную спирохету — возбудителя сифилиса, в те времена практически неизлечимого. Оставалось одно — перебирать наугад молекулы с разной структурой в надежде, что какая-то окажется эффективной: гарантированный способ вытащить счастливый лотерейный билет — это купить их все. В его лаборатории стали синтезировать множество различных органических соединений и методично проверять, как они влияют на возбудителя заболевания. Повезло сравнительно быстро: эффективным оказалось соединение с порядковым номером 606. Его назвали сальварсан. Он стал первым эффективным средством против сифилиса, которое широко применялось на протяжении нескольких десятилетий. В наше время скрининг, то есть перебор соединений наугад, уже не такой каторжный труд, как было в недалеком прошлом. Современные автоматизированные методы позволяют за сутки протестировать, как воздействуют на данную мишень десятки тысяч соединений. Специальный робот со скоростью пулемета капает тестируемые вещества в сотни лунок планшетов, а автоматический измерительный прибор, ридер, детектирует сигнал (есть/нет взаимодействие с мишенью) и записывает результаты в компьютерные базы данных. Немногие соединения, которые покажут какой-то эффект (их называют «хиты»), отбирают для дальнейших исследований.

Молекула натурального артемизинина — препарата из горькой полыни, высокоэффективного при всех типах малярийного плазмодия, включая штаммы, резистентные к другим противомалярийным препаратам. Фото: SPL/EAST NEWS

Иногда возможен другой подход. В последние десятилетия благодаря стараниям «фундаментальных» ученых становятся известными трехмерные структуры все большего количества биологических молекул, в том числе тех, которые могут служить мишенями для лекарств. На основе накопленных сведений можно предсказывать структуру молекулы, которая должна специфически взаимодействовать с данной биологической мишенью. Используя принцип биологического взаимодействия «ключ — замок», ученые проектируют «молекулу-отмычку». Этот подход называется рациональным дизайном. Он оказался эффективен, в частности, при создании ряда химиотерапевтических препаратов против ВИЧ. Их создавали так: в масштабных фундаментальных исследованиях была досконально изучена структура ВИЧ-протеазы — белка, который совершенно необходим для формирования правильной структуры других белков вируса СПИДа. ВИЧ-протеаза не похожа на собственные белки человеческого организма, а значит, является подходящей мишенью. Затем ученые «спроектировали» и синтезировали молекулы, которые благодаря своей специфической структуре взаимодействуют с ВИЧ-протеазой и препятствуют биологической активности. В результате «правильные» белки не синтезируются, и вирус не может размножаться. Именно «антипротеазные» лекарства позволяют сдерживать размножение ВИЧ в организме больного СПИДом, являясь одним из двух компонентов так называемой высокоактивной антиретровирусной терапии.

После того как путем скрининга и рационального дизайна или их комбинации идентифицирован ряд молекул — кандидатов в лекарства, которые воздействуют на мишень, наступает черед детального их изучения в лаборатории. Это необходимо потому, что, во-первых, автоматизированное тестирование могло дать ложный положительный результат. Во-вторых, будущее лекарство должно иметь целый ряд «дополнительных» свойств: растворяться в воде, проникать, как правило, внутрь живой клетки (где находится большинство мишеней), не быть очень токсичным, не вызывать сильного иммунного ответа, не слишком быстро разрушаться в кишечнике и кровяном русле… Кроме того, если соединение воздействует на биомолекулу в пробирке, это совсем не значит, что оно так же будет действовать и в живой клетке. На клетках человека, которые выращивают в специальных инкубаторах, можно тестировать некоторые свойства будущих лекарств, например общую токсичность. Но без опытов на целом организме нельзя выяснить, как вещество всасывается в кишечнике, как выводится из организма через почки или разрушается в печени, переносится ли оно кровью, не вызывает ли аномалий развития, не разрушает ли определенные органы и ткани. Все это проверяется сериями опытов на животных. Ведь в конечном итоге лекарство должно лечить организм, а не отдельную клетку.

В яблочко

Пример идеально рассчитанного выбора мишени — фермент, который расщепляет жиры в пищеварительном тракте. На него действует одно из лекарств против ожирения. До встречи с мишенью он не должен всасываться в кишечник, что само по себе исключает существенную проблему достижения лекарством своей мишени. Кроме того, минимизируется риск побочных эффектов — молекула лекарства просто не может добраться до физиологически важных структур организма. Никаких нагрузок на почки и печень, никаких проблем выведения из организма. Ну и выбор самой болезни — в яблочко: в богатых странах десятки процентов взрослых имеют избыточный вес, лекарства отпускаются без рецепта, а диагноз каждый ставит себе сам, глядя на весы.

Полигоны клинических испытаний

Даже если терапевтический эффект наблюдается у лабораторных животных, это еще не является гарантией такого же положительного результата для человека. Поэтому абсолютно необходимы клинические испытания. В цивилизованных странах все испытуемые в обязательном порядке должны письменно выразить свое согласие на участие в эксперименте. Эти принципы в 1964 году Всемирная медицинская ассоциация сформулировала в так называемой Хельсинкской декларации. Согласно принятым на Западе правилам, клинические испытания состоят из трех стадий, причем каждая последующая включает все большее количество пациентов-добровольцев.

В первой фазе удостоверяются в том, что вещество Х не вызывает какой-либо слишком тяжелый побочный эффект. В отношении их серьезности, конечно, требования отличаются: лекарствам против рака или СПИДа списывают очень многое, потому в этом случае некоторые негативные эффекты являют собой меньшее зло, нежели прогрессирование смертоносной болезни. Далее изучают характеристики биохимических превращений и выведения из организма (так называемая фармакокинетика и фармакодинамика). Первая фаза необходима для подтверждения данных, полученных при экспериментах на животных, для определения максимально переносимых доз (они в несколько раз ниже, чем явно вредные для животных). Испытания этой фазы проводятся на здоровых добровольцах, риск которых хорошо оплачивается.

До того как будет получено разрешение проводить клинические испытания с участием людей, несколько лет лечебный эффект и побочные действия будут изучаться на лабораторных животных. Фото: ALAMY/PHOTAS

На второй стадии оценивается эффективность лекарства: помогает ли оно? Здесь, естественно, нужно привлекать не здоровых, а больных добровольцев с определенным заболеванием. Чтобы доказать эффективность лекарства, сравнивают как минимум две группы пациентов: одна — принимает «кандидата в лекарства», а другая — получает плацебо или стандартную терапию. Чтобы субъективные факторы не влияли на результаты исследований, такие испытания делают «слепыми»: пациент не знает, к какой группе он относится. Более того, и медперсонал, кроме самих ученых-наблюдателей, не должен знать, каким пациентам что дают («двойные слепые испытания»). В пользу сохранения секретности при проведении эксперимента есть как минимум два аргумента. Прежде всего личная заинтересованность может помешать делу и вызвать извращение результатов, или же сострадание медработников к пациентам, получающим плацебо, подтолкнет создавать им лучшие условия и уход, что также может исказить истинную картину.

После того как будет клинически доказана существующая эффективность лекарства, начинается третья фаза исследований — подбор дозировки нового лекарства и схемы его применения, а также детальное изучение побочных эффектов. Такие исследования проводятся на больших группах больных и в течение длительного времени.

Чем больше пациентов участвует в испытаниях, тем достовернее получаемые выводы. При небольшом количестве участников разница между контрольной и опытной группами может совсем стереться из-за случайных индивидуальных отличий. Главная трудность клинических испытаний второй и третьей стадий состоит в том, чтобы в течение разумного промежутка времени найти достаточно подходящих пациентов и получить их согласие на участие в исследованиях. В последние десятилетия все меньше жителей цивилизованных стран готовы принести себя в жертву науке. Поэтому все явственнее наблюдается тенденция к перемещению клинических испытаний из богатых стран (США, Япония, Западная Европа) в бедные: здесь и труд медработников дешевле, и согласие пациентов получить легче, да и законодательство, которое регулирует проведение клинических испытаний, мягче (если вообще существует). Сегодня уже около 40% таких экспериментов проводится за пределами стран — главных разработчиков новых лекарственных препаратов.

На каждой стадии создания определенного лекарства отбрасывается значительная доля изучаемых веществ. Большинство «кандидатов», обнаруженных с помощью скрининга и выбранных из десятков или сотен тысяч соединений, оказываются непригодными в качестве лекарства по тем или иным причинам. Шанс стать новым лекарством выпадает примерно одному «кандидату» из тысячи. Но предположим, что фармакологической компании все же удалось найти нужное вещество: тяжелые побочные эффекты не обнаружились, и мощная бюрократическая структура дает разрешение на продажу нового лекарственного препарата (в США, например, этим занимается Food and Drug Administration, в Европе — European Medicines Agency). Время пожинать плоды. Разработка лекарства похожа на создание компьютерной программы: сначала дорогая и кропотливая работа, а потом можно тиражировать ценный продукт почти без расходов.

Однако и после выхода лекарства на рынок производитель не может полностью расслабиться: собираются и анализируются сообщения о побочных эффектах, которые возникли при применении лекарства, например, для определенных возрастных групп, для пациентов, страдающих сопутствующими болезнями, и так далее. Какими бы масштабными ни были клинические испытания, что-то всегда остается пропущенным: если отрицательный эффект возникает с частотой один на 5000, то он, скорее всего, не проявится при испытаниях на 300 пациентах. Например, постепенное накопление сообщений о тяжелых последствиях передозировок некоторых препаратов «от простуды» для детей первых лет жизни привели к тому, что в конце 2007 года некоторые ведущие фармацевтические компании добровольно отозвали с рынка «детские» версии ряда препаратов.

Чернобыль в таблетках

Несмотря на все испытания и проверки безопасности, которые требует законодательство европейских стран, иногда разрешение на продажу получают вовсе не безвредные вещества. Самый страшный пример — талидомид. Это лекарство было разработано в 1950-е годы немецкой фармацевтической компанией Grünenthal, оно прошло положенные испытания и широко применялось в 1950—1960-е годы как снотворное и как средство против тошноты у беременных до тех пор, пока не выяснилось, что применение препарата во время беременности приводит к появлению детей с врожденными уродствами, такими как сильное укорочение или полное отсутствие конечностей. До того как врачи и ученые спохватились, успели появиться на свет около 10 000 детей-калек. Соединенным Штатам повезло: эксперт FDA Фрэнсис Олдхэм Келси не разрешила продажу талидомида в Америке, посчитав проведенные испытания недостаточными, за что потом получила специальную награду из рук президента Кеннеди.

Одним из этапов исследования лекарственного препарата является изучение изменений в различных тканях, возникающих после его применения. Фото: SPL/EAST NEWS

Кто заказывает открытия?

Главная, хотя, к счастью, не всегда единственная, цель, ради которой все фармацевтические компании берутся за разработку того или иного лекарства — получение прибыли. Безусловно, при выборе мишеней учитывается польза для человечества. И все же разработка нового лекарства — бизнес, поэтому решение принимается на основе тщательных прогнозов, анализа потенциального рынка покупателей. Из-за этого разработчики лекарств часто игнорируют, во-первых, редкие заболевания, во-вторых, те, которые распространены в бедных странах. Например, инфекционные болезни остаются одной из основных причин смерти на Земле: только от малярии умирают больше миллиона человек в год. В то же время у разработчиков лекарств «нарасхват» не самые опасные, но распространенные в богатых странах болезни. В списке мировых лидеров продаж 2006 года 1-е место (более 14 миллиардов долларов) занимает Lipitor — средство для снижения уровня холестерина (безусловно полезно, но можно просто следить за диетой). На 4-м месте — лекарство от расстройств пищеварения (поноса), на 6-м и 7-м — от ревматоидного артрита, на 13-м — от депрессии. Единственное средство среди 50 лидеров продаж, которое имеет отношение к инфекционным болезням (вакцина против пневмококка), занимает только 46-е место. Согласно недавно проведенному анализу глобального рынка, самый большой неудовлетворенный спрос — на новые лекарства против сахарного диабета. Также в первых строчках самых востребованных — лекарства против синдромов Альцгеймера и Паркинсона, гипертонии и других болезней.

Другой важный фактор, который определяет решение «браться — не браться» за разработку лекарства — это наличие хорошо охарактеризованной и «доказанной» мишени: то есть должно быть точно известно, что данный белок, клетка, микроб играют ключевую роль при определенной болезни, и если повлиять на него, это улучшит состояние. Кроме того, мишень должна быть «удобной» для создания лекарства. Желательно, чтобы она была легкодоступной для взаимодействий с лекарством и непохожей на другие структуры в организме, которые выполняют полезные функции, иначе лекарство наверняка будет влиять и на них. Но дорога к настоящему открытию невероятно длинна. И пока большинство разработчиков лекарств их «ищут под фонарем» — там, где легче что-то отыскать.

Исправить ситуацию пытается, например, «Инициатива по лекарствам против игнорируемых болезней» — некоммерческая организация, которая в сотрудничестве с ВОЗ, ЮНИСЕФ и фармацевтическими компаниями занимается разработкой «малоперспективных» с точки зрения прибыли, но жизненно важных лекарств. Так, в 2007 году ими был предложен новый дешевый препарат против малярии. И в этом случае дело спасения людей не шло в сравнение с выгодой.

Сергей Авилов