Коротко про сучасну технологію розробки ліків

Сподівання українських вчених, що щось зміниться на краще після ліквідації ВАКу (Вищої атестаційної комісії України), на превеликий жаль, не справдились. Пошукувачі наукового ступеня продовжують користуватися новими-старими правилами щодо оформлення дисертації, які по своїй суті не змінювались ще з часів СРСР. У вимогах до оформлення змісту дисертацій читаємо: «Практичне значення одержаних результатів. Надаються відомості про використання результатів досліджень або рекомендації щодо їх використання. Відзначаючи практичну цінність одержаних результатів, необхідно подати інформацію про ступінь їхньої готовності до використання або масштабів використання. Відомості про впровадження результатів досліджень необхідно подавати із зазначенням найменувань організацій, в яких здійснено впровадження, форм реалізації та реквізитів відповідних документів».

У «Практичному значенні…» чітко проглядається радянська схема впровадження наукових розробок у соціалістичне виробництво, але оскільки галузевих інститутів і КБ уже давно не існує, а виробництво перейшло у  приватні руки, то в реальному житті вже давно ніхто нічого не впроваджує. Важливо також і те, що розробки українських учених не користуються попитом у нових власників підприємств.

Українські хіміки і біологи в переважній своїй більшості люди порядні і не супроводжують свої дисертації липовими довідками про мільярдні економічні ефекти від впровадження розробок. Здобувачі, як правило, пишуть про перспективність синтезованих (досліджених) речовин як лікарських засобів, базуючись, у найкращому випадку, на попередніх біологічних тестах на культурах клітин. Мій багаторічний досвід свідчить, що знання пошукувачів про розробку ліків знаходяться на рівні 50-60-х років минулого сторіччя. Та це і не дивно. Сучасна технологія пошуку нових ліків стрімко розвивається завдяки новітнім досягненням молекулярної біології, біоінформатики, комп’ютерного моделювання та медичної хімії. В Україні, можливо, лише в Інституті молекулярної біології і генетики НАН України, який очолює академік Г.В. Єльська, існує сучасна технологія розробки ліків, оскільки ще з часів заснування цієї науково-дослідної установи (з 1973 року) в її структурі органічно поєднані наукові підрозділи, що працюють в галузі молекулярної біології, генетики, комп’ютерного моделювання та органічної хімії.

Як виглядає сучасна технологія розробки нових ліків? 

Лише протягом останніх десятиріч учені почали розуміти, як в організмі людини розвиваються хвороби на молекулярному рівні. Останні досягнення геноміки, протеоміки і комп’ютерних технологій відкривають нові шляхи для розуміння та вивчення хвороб. Чим більше ми будемо знати про хвороби, тим більша ймовірність того, що ми розробимо більш безпечні й ефективні ліки, ніж існуючі. У 2001 році було завершено секвенування (розшифровку) генома людини та ідентифіковано близько 20000-25000 людських генів, кожен з яких кодує певний білок організму людини. Ці білки відповідають за певні функції організму людини і, зрозуміло, що вони задіяні в перебігу хвороб на молекулярному рівні. Знання про гени і протеїни, які кодуються мішенями, дають науковцям величезну бібліотеку молекулярних мішеней для конструювання нових ліків. Більше про молекулярні мішені…

Завідувач відділу ензимології білкового синтезу М.А. Тукало і завідувач відділу комбінаторної хімії С.М. Ярмолюк обговорюють молекулярну мішень лейцил-тРНК синтетази (Мycobacterium tuberculosis (ЛейРСМТ)) для розробки ліків від туберкульозу. ІМБіГ НАНУ, 2011 р.

Завідувач відділу ензимології білкового синтезу М.А. Тукало і завідувач відділу комбінаторної хімії С.М. Ярмолюк обговорюють молекулярну мішень лейцил-тРНК синтетази (Мycobacterium tuberculosis (ЛейРСМТ)) для розробки ліків від туберкульозу. ІМБіГ НАНУ, 2011 р.

Попередній етап розробки ліків (Pre-discovery) 

Мета – зрозуміти хворобу.

Цей етап передує власне етапу розробки ліків, його основна мета – зрозуміти суть хвороби на молекулярному рівні. Він складається з таких двох основних підетапів:

Ідентифікація мішені (Target Identification) 

Мета – вибрати молекулу-мішень, з якою будуть взаємодіяти майбутні ліки.

Фармацевти вибирають «мішень» для нового лікарського засобу на основі знань про перебіг хвороби на молекулярному рівні. Як правило, як мішень вибирається одинична біологічна молекула, білок чи ген, які частково задіяні в перебігу хвороби. Навіть на цій ранній стадії розробки ліків є критичним те, щоб науковці вибрали мішень, яку можна технологічно використати для розробки ліків «drugable».

Тестування і затвердження мішені (Target Validation) 

Мета – підтвердження ролі мішені в перебігу хвороби.

Після вибору потенціальної мішені вчені повинні показати, що дійсно вибрана мішень задіяна в перебігу хвороби, що на неї можна впливати майбутніми ліками. Дослідники шляхом складних експериментів на моделях хвороби як на живих клітинах, так і на тваринах підтверджують, що мішень дійсно має відношення до хвороби.

Винайдення ліків (Drug Discovery) 

Мета – знайти перспективну сполуку (lead compound), яка б з часом стала ліками. 

Озброєні розумінням механізму перебігу хвороби, учені починають шукати попередник ліків – лідерну сполуку (a «lead compound»), яка б взаємодіяла з їхньою мішенню, блокувала її і змінювала перебіг хвороби.

Є декілька шляхів пошуку лідерної сполуки:

Природні джерела. Вони були і залишаються одним з основних джерел нових ліків, лідерних сполук. Речовини, що виділяються з мікроорганізмів і рослин – антибіотики, алкалоїди, сердечні глюкозиди, є невичерпним джерелом нових ліків.

De Novo. Завдяки останнім досягненням в галузі медичної та органічної хімії науковці можуть сконструювати лідерну молекулу з нуля. Вони використовують складні комп’ютерні розрахунки для того, щоб передбачити хімічний тип молекули, яка буде взаємодіяти з мішенню.

Високопродуктивний скринінг (High-throughput Screening). Цей процес до сьогодні в основному і застосовувався для пошуку лідерних сполук. Досягнення в робототехніці та сучасні комп’ютерні технології дають змогу вченим тестувати сотні тисяч сполук для пошуку лідерних сполук з потрібною біологічною активністю.

Біотехнологія. Дослідники генетично змінюють мікроорганізми для того, щоб ті продукували біологічні речовини для боротьби з хворобами.

Попередні тести на безпечність ліків (Early Safety Tests) 

Мета – ще на ранніх стадіях розробки ліків перевірити їх на безпечність для людського організму.

Безпечність досліджується за декількома важливими параметрами, які англійською називаються absorption (всмоктування), distribution (розподілення), metabolism (метаболізм), excretion (виділення) і toxicological (токсичність) (ADME/Tox) властивості, або ж фармакінетика лідерної сполуки.

Отже, майбутні ліки повинні задовольняти такі вимоги:

  • Всмоктуватись у кров’яний потік.
  • Досягати потрібного місця в організмі для своєї дії.
  • Ефективно метаболізуватися (перетворюватися) в організмі.
  • Успішно виводитися з організму.
  • Не бути токсичними (отруйними).

Такі дослідження допомагають ученим ще на ранніх етапах відбирати найбільш перспективні лідерні сполуки для подальшої оптимізації. ADME/Tox-дослідження проводяться на живих клітинах, тваринах, а також із використанням складних комп’ютерних моделей.

Оптимізація лідерної сполуки (Lead Optimization) 

Мета – покращити властивості лідерної сполуки за рахунок модифікації її хімічної структури.

Лідерні сполуки, які пройшли ADME/Tox-відбір, на цьому етапі змінюються медичними хіміками для покращення їхньої ефективності та безпечності. Нові технології різко збільшили можливості вчених оптимізувати лідерні сполуки. Завдяки таким технологіям, як ядерний магнітний резонанс, рентгенівська кристалографія та комп’ютерне моделювання медичні хіміки «бачать» молекулярну ціль та її комплекс з лідерною сполукою у 3D-форматі. Вони хімічно оптимізують лідерну сполуку, намагаючись досягти її максимального зв’язування з мішенню. Паралельно біологи постійно перевіряють лідерну сполуку після хімічних модифікацій: чи дійсно ці модифікації покращили ефективність і безпечність потенційних ліків, чи, навпаки, погіршили їх властивості. У результаті оптимізації лідерної сполуки отримуємо речовину, що претендує бути ліками (candidate drug).

Попередні клінічні тестування (Preclinical Testing) 

Мета – визначити ступінь безпечності ліків на основі лабораторних тестів і тестів на тваринах перед тестуванням на людях.

Дослідники починають більш широко тестувати кандидати в ліки, щоб зрозуміти, чи можна починати тестування на людях. Так, у лабораторії проводиться тестування в скляних пробірках in vitro (з лат. у склі) та in vivo (з лат. життя) на живих культурах тканин і тваринах. Науковці намагаються зрозуміти, як препарат працює (його фармакодинаміку) і наскільки він буде безпечним для організму людини. Зі зрозумілих причин більшість «серйозних»  ліків розробляється і продається в США. З огляду на це Агентство харчових продуктів і медикаментів Департаменту охорони здоров’я та соціальних служб Сполучених Штатів (FDA або USFDA, The Food and Drug Administration of Аgency of the United States Department of Health and Human Services) вимагає серйозного тестування перед тим, як препарати будуть перевірятися на людях. На цьому етапі до роботи залучаються і хіміки-органіки для розширення виробництва препарату (scale up), оскільки для тестування на людях потрібна значно більша кількість препарату. Отже, після декількох років інтенсивної роботи стадія розробки ліків закінчується. Починаючи з 5000-10000 хімічних сполук, учені отримують від 1 до 5 кандидатів в ліки і починають їх вивчати в клінічних умовах.

Випробування препарату в клініці (THE CLINICAL TRIALS PROCESS)

Цей процес дорогий і трудомісткий. Як правило, він триває 6-7 років, проте в більшості випадків він закінчується більше невдачею, ніж успіхом.

Вивчення застосування і безпеки нових ліків (IND, Investigational New Drug Application and Safety) 

Мета – подати заявку IND до FDA на дозвіл на проведення тестувань у клініці.

Перш ніж розпочати будь-які клінічні випробування, дослідники повинні подати заявку (IND) на дослідження нових ліків у FDA. Заявка повинна містити результати доклінічних досліджень, хімічну структуру кандидатів у ліки, опис їхньої біологічної дії, список побічних ефектів тощо. Окрім того заявка включає детальний план клінічних досліджень, відомості про місце їх проведення та учасників. Експерти з FDA повинні бути впевнені, що люди, які будуть брати участь у клінічних дослідженнях, не будуть піддаватися необґрунтованому ризику. У доповнення до  IND-заявки, увесь перебіг клінічних досліджень контролюється так званим IRB (An Institutional Review Board) – незалежною етичною радою, основним завданням якої є захист прав і здоров’я суб’єктів дослідження – людей. І, нарешті, компанія, що проводить клінічні тестування, повинна регулярно надсилати звіти до FDA та IRB.

Фаза 1 клінічних випробувань (Phase 1 Clinical Trial)

Мета – провести початкові клінічні дослідження на малій групі здорових добровольців.

На першій фазі клінічних досліджень кандидат у ліки випробовується на людях перший раз. Ці дослідження, як правило, проводяться на групі здорових добровольців (зазвичай від 20 до 100 осіб). Основне завдання цього етапу випробувань полягає в тому, щоб виявити, наскільки препарат безпечний для людей. Науковці вивчають фармакокінетику (хімічні перетворення ліків в організмі) і фармакодинаміку (механізми дії ліків на організм) препарату, з’ясовують, чи дає препарат потрібний ефект, чи не виникають побічні процеси. Усі дослідження ретельно аналізуються вченими з метою визначення діапазону безпечних концентрацій препарату для людей і переходу до наступного етапу.

Фаза 2 клінічних випробувань (Phase 2 Clinical Trial)

Мета – провести тестування на малій групі хворих.

У фазі 2 випробувань оцінюється ефективність препарату на групі хворих від 100 до 500 осіб. Учені вивчають короткотермінові побічні ефекти і ризики, пов’язані із застосуванням препарату. Вони також намагаються відповісти на запитання «Чи працює препарат за очікуваним механізмом? Чи поліпшує він стан хворих?» Розробляються активні дози і схеми використання препарату. Якщо він показує себе добре, науковці готуються до наступної, більш тривалої фази клінічних випробувань.

Фаза 3 клінічних випробувань (Phase 3 Clinical Trial)

Мета – провести тестування ліків на великій групі хворих, щоб показати безпечність ліків і їхню ефективність.

У фазі 3 випробування дослідники вивчають препарат на великій групі пацієнтів (близько 1000-5000 осіб) для того, щоб отримати повну статистику по показниках безпечності препарату, його ефективності та співвідношення одержаного лікарського ефекту і можливих ризиків. Ця фаза дослідження є ключовою у визначенні того, чи препарат є безпечним і ефективним. Вона також забезпечує основу для розробки інструкцій з використання препарату. Фаза 3 як найдорожча, так і найтриваліша з усіх досліджень. Випробування проводяться паралельно в різних країнах, на багатьох групах людей. Під час цієї стадії розробляються плани повномасштабного виробництва препарату (fullscale production) та готується дуже складна заявка у FDA для реєстрації препарату.

Заявки на реєстрацію нових ліків та їхня реєстрація у FDA (New Drug Application (NDA) and Approval)

Мета – подати заявку у FDA для реєстрації ліків.

Співробітники компанії аналізують усі дані, що були одержані під час клінічних досліджень. Якщо результати вказують на те, що препарат є безпечним і ефективним, то готується нова заявка (NDA) до FDA з проханням надати дозвіл на продаж препарату на ринку. Ця заявка містить також пропозиції щодо виробництва і маркування препарату. Експерти FDA, переглянувши інформацію, що міститься в NDA, або затверджують препарат, або його відхиляють, або вимагають додаткової інформації.

Виробництво

На цій стадії повинен відбутися перехід від дрібного виробництва ліків до великого. Для цього потрібно будувати нові підприємства або кардинально переробляти старі виробничі потужності. До цих потужностей FDA має досить суворі вимоги Належної виробничої практики (Good Manufacturing Practices, GMP). Ці правила охоплюють весь процес виробництва ліків, контролю їхньої якості та тестування активності.

Поточні дослідження і фаза 4 випробувань

Дослідження нових ліків триває навіть і після їхнього затвердження. Як тільки значно більше пацієнтів починають користуватися новими ліками, компанії-виробники зобов’язані стежити за ліками і періодично направляти звіти у FDA. Іноді FDA для визначення довгострокової безпеки ліків вимагає від компаній проведення додаткових досліджень у так званій фазі 4 випробувань.

Загальна схема винайдення ліків

Загальна схема винайдення ліків

Сергій Ярмолюк,
доктор хімічних наук, професор,
завідувач відділу комбінаторної хімії
Інституту молекулярної біології і генетики НАН України