Биомедицина что это такое
Биомедицина
Биомедицина, также называемая теоретической медициной — раздел медицины, изучающий с теоретических позиций организм человека, его строение и функцию в норме и патологии, патологические состояния, методы их диагностики, коррекции и лечения. [1]
Как правило, биомедицина не затрагивает практику медицины в такой степени, в какой она занята теорией и исследованиями в медицине. Результаты биомедицины делают возможным появление новых лекарственных средств, индуцированных стволовых клеток для клеточной терапии, более глубокое, молекулярное понимание механизмов, лежащих в основе болезни, тем самым создавая фундамент для всех медицинских приложений, диагностики и лечения. [6]
Отрасли биомедицины
Из наиболее развитых отраслей биомедицины следует отметить такие, как
Образование по биомедицине
Биомедицинские программы образования (иногда называемые программами по подготовке врача-исследователя) предоставляются на большинстве медицинских факультетов в странах мира, как правило, имея целью подготовку профессионалов с ведущим положением в медицинских исследованиях и разработках. [9] [10] [11] Получаемое образование отчётливо фокусируется на биологии человека и фундаментальных науках, на том, как приложить полученные знания к медицинской и клинической среде. Овладение знаниями по программе включает сдачу экзаменов на степень магистра медицины и может различаться по размаху и глубине проработки в разных странах мира и/или на разных факультетах. Обычно лицо, которое завершило такую программу, или активно действует в области биомедицины, называют врачoм-исследователем, или биомедиком. [12] [13]
Как современные технологии помогают медицине
Об эксперте: Инна Фридман, основатель федеральной сети офтальмологических клиник «3Z», врач-офтальмолог, к.м.н.
Биотехнологии: что это такое и зачем это нужно
Система наук в XXI веке стала кластерной. Это значит, что сегодня в науке происходит диффузия различных специальностей. Например, биотехнологии объединили биологию, генную инженерию и генетику.
Биотехнологии — это использование живых организмов, их отдельных составляющих (ДНК, микроорганизмов, клеток и их частей) или продуктов их жизнедеятельности для производства продуктов и решения технических задач.
Сегодня существуют три главных вектора работы биотехнологов:
сельское хозяйство, в частности создание ГМО
энергетика и промышленность, например получение биотоплива или производство веществ, способных к деградации токсических отходов
медицина — специалисты в области биотехнологий работают над созданием препаратов для лечения тяжелых и неизлечимых заболеваний
Продукты и препараты, которые изобретают биотехнологи, маркируются разными цветами:
Биотехнологии для здоровья
Ключевое направление в биотехнологиях — биомедицина. Биомедики занимаются разработкой новых лекарственных средств, выделением и культивацией стволовых клеток для клеточной терапии и восстановления поврежденных тканей и даже органов, изучением процессов старения и злокачественной трансформации клеток. Более глубокое молекулярное понимание механизмов, лежащих в основе болезни, позволяет развиваться генной терапии и клеточной инженерии.
Что конкретно происходит в биомедицинской отрасли?
Универсальная вакцина против гриппа. В конце 2018 года первая универсальная вакцина против гриппа, разработанная израильской компанией BiondVax, получившей финансирование от официального банка Евросоюза и правительства Израиля, вышла на завершающую фазу клинических испытаний. В основе вакцины — части антигенов, которые «узнают» клетки иммунной системы (эпитопов). Всего в вакцину входит девять самых распространенных эпитопов. По словам представителей компании, универсальная вакцина способна защитить как от ежегодного, сезонного гриппа, так и в случае возникновения пандемий.
Редактирование генов. Сегодня проводятся эксперименты по редактированию генов в самом теле человека. В сентябре 2018 года Sangamo Therapeutics из Ричмонда, обнародовали информацию о введении редактирующих гены ферментов пациенту, организм которого не справляется с расщеплением сложных сахаров. Как врач не могу давать оценку исследованию, пока не будет установлено, что это безопасно для жизни и здоровья пациентов.
Компьютеры внутри человека. Человечество постепенно входит в эпоху квантовых технологий. Компания Илона Маска Neuralink уже вовсю производит миниатюрные нейрокомпьютерные интерфейсы. Имплантируемые в мозг частицы могут связать организм человека с Интернетом. В «пучке» из шести нейронитей содержатся 192 электрода, которые вживляются в мозг при помощи робота-хирурга. Если буквально, то человеческий мозг подключают к компьютерной системе.
Лекарство против рака. Изучение влияния бактериальных культур на процесс онкологии подтолкнуло специалистов к работе над препаратом, приостанавливающим развитие злокачественных образований в организме. Таким лекарством является Блеомицин. Он создан на основе микроорганизма Streptomyces verticilliis, имеющего гликопептидную природу. Активные вещества препарата проникают внутрь опухолевых клеток и приводят в беспорядок процесс изменения РНК и ДНК.
Другие препараты. К биотехнологическим знаниям можно отнести открытие десятков тысяч противогрибковых, антибактериальных, гормоносодержащих лекарственных средств, выведенных учеными за несколько десятилетий. Антибиотики не просто борются с инфекциями, они разрушают весь процесс, не вызывая формирования резистентности микроорганизмов к веществам препаратов. Биотехнологи подумали и о заболеваниях печени, разработав препарат на основе аминокислот, глутамата и аспартата. А комбинаторные свойства препарата с натрием и калием положительно влияют на функции сердца, поджелудочной железы.
Согласно стратегии развития медицинской науки в РФ на период до 2025 года сейчас идет стадия «биологизации», когда молекулярная и клеточная биология, а также тканевая инженерия предлагают использовать продукты на основе выращенных вне организма или модифицированных клеток человека. А это означает, что медицина добралась до восстановления жизненно важных тканей и органов: сердечной мышцы, печени, нервных клеток и др. Не обошли и стороной область медицины, изучающую анатомию, физиологию и болезни глаза.
Биоинженерия в офтальмологии
За последние 20 лет в секторе произошли важные для пациентов изменения: появились генно-инженерные, клеточные, тканевые, иммунобиологические и цифровые технологии.
Новаторские разработки в области офтальмологии:
Биопротезирование и бионический глаз
Фемтосекундная методика коррекции близорукости и астигматизма за 25 секунд ReLEx SMILE (англ. Small Incision Lenticule Extraction)
Сверхточные микроскопы с 3D-визуализацией и ультратонкие инструменты, которые повышают точность и эргономику работы хирурга
Доставка лекарств внутрь полостей и клеток тканей глаза
Спектральные томографы, создающие точную визуализацию структур высокого качества за кратчайшее время
Биологические ткани — выращенные или напечатанные. В будущем они смогут заменять изношенные ткани
Мультифокальные искусственные хрусталики, которые освобождают человека от ношения очков, возвращая контраст и остроту зрению
Электронный глаз, сохраняющий остаточное зрение и поддерживающий функцию ориентирования в пространстве
Наиболее интересная современная разработка — бионический протез глаза. Он может справиться со слепотой, полностью воссоздав настоящие процессы передачи электрических сигналов. Первый ретинальный протез назывался Argus — это американский проект, который удалось коммерциализировать. В 2012 году Argus II получил разрешение для коммерческого использования в Европе, годом позже в 2013 году — в США. В России разрешения на использование протеза пока нет.
Что еще почитать по теме:
Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.
Биомедицина сегодня и завтра
Био добрых услуг
Медицина ближайшего будущего готовится к невиданным успехам
Екатерина Пичугина, «Московский Комсомолец»
Биотехнологии только на первый взгляд кажутся чем-то из области очень высокой науки. На самом деле известное тысячи лет производство хлеба или сыра тоже является примерами биотехнологий – ведь их изготовление невозможно без сбраживающих микроорганизмов. Да и сам термин «биотехнологии» появился в 1917 году в Венгрии по достаточно приземленному поводу – так назвали метод воспроизводства поголовья свиней путем откорма сахарной свеклой.
В вышесказанном, конечно, есть доля шутки. Современные биотехнологии – это самые передовые рубежи науки. В России их признали приоритетным направлением инновационной экономики. И хотя пока вклад нашей страны в мировую биотехнологию составляет десятые доли процента, у этого направления науки огромный потенциал. О настоящем и будущем биотехнологий в медицине, о том, как будут лечить людей уже через несколько лет, узнал обозреватель «МК».
Диагноз на высшем мини-уровне
Как говорит завотделом биомедицинских технологий ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии ФМБА России» Муса Хаитов, современная биотехнология изучает процессы на молекулярном и клеточном уровнях, в ее основе работа с молекулой ДНК – биологическим кодом всего живого. И прежде всего биотехнологии нашли широкое применение в диагностике заболеваний. В мире уже разработано более 1000 биотехнологических тест-систем, основанных на ДНК, которые ценят за беспрецедентную точность и простоту, что до их появления не могло обеспечить ни одно исследование.
В 1983 году американский ученый Кэри Мюллис получил Нобелевскую премию за революцию в диагностике – он изобрел генетический анализ ПЦР (полимеразной цепной реакции). ПЦР позволяет обнаружить участки ДНК вирусов и бактерий в любом биологическом материале (слюне, крови, сперме и пр.), даже если инфекции протекают в скрытой форме. Сегодня с помощью ПЦР диагностируют хламидиоз, микоплазмоз, ВИЧ, гепатит С, туберкулез и проч.
Одно из последних достижений биотехнологической диагностики – метод биосенсоров, которые «отлавливают» связанные с болезнями молекулы и подают сигналы на датчики. Биосенсорную диагностику часто применяют в «скорой помощи». Например, ее используют для определения глюкозы в крови больных диабетом. Предполагается, что со временем можно будет имплантировать датчики биосенсоров в кровеносные сосуды больных, чтобы более точно контролировать их потребность в инсулине. А если биосенсор удастся соединить с мини-насосом так, чтобы он вводил инсулин, больной получит фактически автоматическую поджелудочную железу. Кроме того, такой контроль позволит снизить вторичные эффекты диабета, например, повреждения глаз и почек, возникающие из-за резкого увеличения концентрации инсулина при инъекциях. Сегодня в Институте биоорганической химии им. М.Шемякина и Ю.Овчинникова РАН создают биосенсоры нового поколения с использованием квантовых наночастиц – они легко проникают через защитные барьеры организма и флюоресцируют. Благодаря этому многие заболевания (рак, аутоиммунные) можно обнаружить уже на этапе зарождения.
Ну а самой передовой технологией в диагностике ныне считают микрочипы. Их применяют для ранней диагностики инфекционных, онко- и генетических заболеваний, аллергенов, а также при исследовании новых лекарств. В университете Торонто сейчас работают над микрочипом для диагностики рака – устройство содержит нанопровода и ДНК-мишени, которые притягивают к себе молекулы, наличие которых в организме свидетельствует о развитии рака. Анализ длится полчаса. Само устройство помещается в кармане (нынешнее оборудование для анализа занимает целую комнату). В России же уже разработаны биочипы для выявления туберкулеза, оспы, гриппа, гепатита, герпеса – эти тест-системы позволяют сократить время диагностики с 6–8 недель до 1 дня.
Биоагенты против рака
Еще одна область, в которой биотехнологии нашли широкое применение и за которыми видят большое будущее, – лечение и профилактика заболеваний. Первое биотехнологическое лекарство – рекомбинантный человеческий инсулин – появилось в 1982 году. За последние 40 лет создано более 200 биотехнологических лекарств, и еще более 400 находятся на стадии исследований. Сегодня крупнейшие фармкомпании мира бросают все силы на разработку биотерапевтических препаратов. «Например, сейчас портфель наших новых разработок включает 4 вакцины и 27 биологических препаратов – это более четверти всех программ, находящихся на стадии исследований. Этот показатель демонстрирует существенный рост с марта 2009 года, когда в разработке компании были 1 вакцина и 16 биологических молекул», – говорит Кирилл Тверской, медицинский директор представительства известной западной фармкомпании в России.
Недавнее появление препаратов-биоагентов, или моноклональных антител, врачи называют событием, равнозначным изобретению в середине прошлого века антибиотиков. Эти препараты используются в основном для лечения тяжелых аутоиммунных и онкологических заболеваний. В отличие от «химии», они действуют точечно, убивая лишь опухолевые клетки и не вредя другим системам организма. То есть не сажают иммунитет и не вызывают выпадения волос. И это настоящий прорыв, потому что сегодня большинство раковых больных умирают именно от последствий химиотерапии. Новые моноклональные антитела в мире регистрируют чуть ли не каждый месяц. Сегодня уже есть лекарства для лечения лимфомы, колоректального рака, рака груди, рака легких, лейкозов. Кроме того, моноклональные антитела начали применять для лечения ревматоидного артрита, рассеянного склероза, ряда инфекционных заболеваний и пр. Многие препараты зарегистрированы и используются в России, что позволило получить некогда неизлечимым больным шанс на жизнь.
Одним из самых перспективных направлений в биомедицинской науке ученые называют генотерапию. В ее основе – принцип воздействия на болезнь с помощью генов, переносимых в клетки организма больного. Первый успешный опыт генотерапии состоялся 14 сентября 1990 года – 4-летней девочке пересадили ее же лимфоциты, в которые искусственно внедрили ген, не воспроизводящийся в ее организме (у ребенка был тяжелый иммунодефицит). Пациентка уже выросла и чувствует себя хорошо. Сейчас генотерапия входит в практику медицины. Надежды на лечение многих наследственных и неизлечимых заболеваний (гемофилии, болезни Паркинсона и даже СПИДа) возлагают именно на нее.
Первый генотерапевтический препарат был зарегистрирован в 2003 году в Китае – это противоопухолевое лекарство для лечения тяжелых форм рака шеи и головы. Во Франции генотерапией вылечили двух 7-летних детей от адренолейкодистрофии – болезни, при которой головной мозг разрушается из-за врожденного дефекта стволовых клеток. Исследователи брали у пациентов пробы стволовых клеток, заражали их вирусами, несущими терапевтические гены, и снова возвращали в организм. Через год состояние больных заметно улучшилось, их нервная система постепенно приходит в порядок.
Институт стволовых клеток человека проводит исследования первого в стране генотерапевтического препарата для лечения критической ишемии нижних конечностей – когда сосуды становятся непроходимыми, а окружающая ткань умирает. Такой диагноз ставят 300 тысячам пациентов ежегодно. Лекарство содержит ген, вырабатывающий в клетках больного вещество, стимулирующее рост новых сосудов. Для многих таких больных препарат может стать реальной альтернативой ампутации.
К технологиям будущего ученые относят и метод клеточной трансплантации стволовых клеток. Эта область науки пока вызывает много споров, но успехи стволовой терапии уже очевидны в заместительной терапии поврежденных тканей (например, ее используют в ожоговых центрах).
Кроме того, многие ученые мира работают над идей т.н. терапевтического клонирования. Смысл в том, чтобы научиться выращивать из стволовых клеток людей органы (печень, легкие, сердце) на случай, если они когда-нибудь пригодятся. Ученые говорят, что ничего фантастического в этой идее нет, однако пока об успешных опытах в этой области говорить рано. Хотя, по некоторым данным, биогибриды почек уже созданы.
Еще одна область, которая терзает умы исследователей, – ксенотрансплантация. То есть пересадка человеку органов и тканей от других видов животных. Например, близких нам по духу и строению свиней. Исследования уже ведутся. Весь мир облетели фотографии чудесных поросят, у которых удалили ген, отвечающий за синтез сахаров, чтобы посмотреть, вызовет ли это коррекцию их иммунной системы. Если нет – их печень можно будет пересаживать больным циррозом и раком печени.
Лекарства по меркам заказчика
Но гораздо более интересным медики считают создание персонифицированных лекарств – считается, что это уже не за горами. Замминистра здравоохранения РФ Вероника Скворцова считает, что биотехнологии – важнейшее стратегическое направление развития медицины, позволяющее подойти к формированию персонифицированной медицины, отражающей особенности каждого человека. «Это позволит не только улучшить результаты лечения, но и сделать излечимыми те заболевания, которые сегодня неизлечимы», – сказала замминистра.
«Все мы отличаемся друг от друга, и поэтому каждый по-особенному реагирует на одно и то же лекарство. У кого-то возникают побочные эффекты, у кого-то – аллергические реакции, кому-то препараты не помогают. Поэтому ученые нацелены на создание лекарств, которые можно было бы применять в зависимости от конкретного генного типа человека», – поясняет Хаитов.
Доказано, например, что люди с различным генетическим материалом по-разному реагируют на прием тех же статинов (лекарств для снижения холестерина). В основе персонифицированной медицины лежит лечение не конкретной болезни, а конкретного пациента. Появились даже новые науки – фармакогенетика и фармакогеномика. И хотя пока это направление относят к медицине будущего, уникальные разработки в этой области уже есть. Например, разработан тест CYP 150, позволяющий на основе анализа крови и полученной генной информации подбирать лекарственные препараты для лечения болезней сердца. Кроме того, уже применяется препарат для лечения рака груди, если тот вызван блокированием рецепторов HER-2. То есть он подходит группе пациентов, объединенных одной генетической особенностью, – конкретно у них на фоне такого лечения наступает выздоровление.
– Надеемся, что в ближайшее время таблетки будут носить не названия брендов, а имена каждого пациента, – говорит Хаитов.
Нанобиотехнологии – также чрезвычайно интересное и очень быстро развивающееся направление медицины. «Размер имеет очень большое значение», – со знанием дела говорят ученые. Эволюцию научной мысли от изучения мира на макроуровне к изучению его на микроуровне можно продемонстрировать на примере вакцин от гриппа. Первые, появившиеся 40 лет назад, содержали вирусную частицу и вызвали множество побочных эффектов, а к тому же были малоэффективными. На смену им 20 лет назад пришли субъединичные вакцины, включавшие в себя белок вируса гриппа (разумеется, они стали более эффективными и безопасными). Последнее поколение вакцин – субъединичные полимерные нановакцины, в которые включен даже уже не белок, а наиболее важная его иммуногенная частица, – в мире считают самыми эффективными.
Сегодня ученые работают над созданием новых микроскопических препаратов, которые будут доставляться непосредственно в больную клетку, лечить ее и выводиться из организма. Дозировки таких препаратов будут микроскопическими, эффективность – повышенной, а побочные эффекты практически сведены к нулю. К тому же они могут выступать и в качестве диагностических средств – врачи смогут наблюдать, как действуют препараты с течением времени. «Нанопрепараты доставляются в наноконтейнерах – липосомах, которые растворяются, достигнув клетки-мишени, и высвободят лекарство. При этом существенно уменьшается токсический эффект, что очень важно, например, для лечения онкологии, – ведь часто раковые больные умирают не самого заболевания, а от последствий химиотерапии», – говорит директор по инфраструктурным программам РОСНАНО Татьяна Николенко. По данным Николенко, сейчас РОСНАНО рассматривает несколько проектов прорывных лекарств с так называемой контролируемой доставкой, и уже через 3-4 года они могут появиться в клинической практике врачей.
Нанобиологический проект проводит и Институт иммунологии – ученые работают над созданием противовирусного препарата, механизм действия которого основан на предохранении клеток от чужеродной генетической информации (то есть вируса). Это лекарство планируют применять для лечения респираторной вирусной инфекции. Эксперимент длится около 3 лет. Уже проведены успешные исследования на клетках, а также на мышах. Ученые почти готовы к созданию нанопрепарата, правда, еще предстоит решить, что станет его оболочкой – именно она играет решающую роль в доставке лекарства непосредственно в клетки. Исследователи говорят, что лекарство будет дешевым и сможет справиться с любой вирусной простудой.
Биомедицина 15 лет назад и сегодня: ожидания и реальность
Все технологии (и биомедицинские не исключение) проходят стадию открытия, повышенных ожиданий, зачастую — спада, а затем — либо внедрения (и более трезвого отношения к ним), либо забвения, если ожидания не оправдались. Мы решили заглянуть примерно на 15 лет в прошлое (именно столько нужно биомедицинским технологиям для прохождения описанного пути), чтобы разобраться, какие из предполагаемых «прорывных» технологий начали приносить реальную пользу на сегодняшний день, а какие пока не достигли этапа практической реализации.
Принципы отбора тем
Взяты статьи по биологии/биотехнологиям/медицине, отобранные индексатором научных публикаций Web Of Science по следующим критериям:
— публикации вышли в 1995—2005 гг.,
— их раздел «topic» содержит термины «perspective therapy», «breakthrough therapy», «new therapeutic modalities» и подобные,
— публикации были отсортированы по цитируемости (за всё последующее с выхода время) в источниках, включённых в Web Of Science Core Collection — и именно самые цитируемые работы определили список тем для нашего рассмотрения.
РНК-интерференция
Ожидания
Открытие в конце 1990-х явления механизма РНК-интерференции (RNAi), заключающегося в блокировании синтеза белка с определённой РНК-матрицей в случае подбора специфического (комплементарного к матрице-мишени) РНК-фрагмента («антисмысловой» РНК), было вдохновляющим событием для биомедицины. Казалось, что подбор нужных интерферирующих агентов позволит нам отключать любые гены — а значит, и соответствующие им белки — в любых клетках организма. А специфичность взаимодействия относительно длинных участков нуклеиновых кислот обеспечит высокую безопасность. Эта парадигма проецировалась, в том числе, на перспективы терапии практически любых заболеваний с помощью отключения определённых (ключевых) белков — будь то внешние патогены (бактерии и вирусы) или клетки самого человека (например, раковые).
Решение, выглядящее очень перспективным, было подобрано довольно быстро — использование вирусных носителей, специфически «нацеленных» на нужные клетки.
Однако большинством препаратов, дошедших до фазы 3 клинических исследований, были обычные молекулы РНК, защищённые от деградации ферментами химической модификации.
Реальность
Наглядный материал
Магнитные наночастицы в терапии раковых опухолей
Ожидания
Вскоре после технологических прорывов, позволивших создавать объекты наномасштаба и оперировать ими, выяснилось, что наночастицы — особенно оксиды железа и некоторых других металлов — обладают высочайшей проникающей способностью в отношении клеток живых организмов. Предполагалось, что раковые клетки способны к более активному — в сравнении со здоровыми клетками — поглощению таковых частиц. Если частицы изготовлены из проводящего материала, то последующее воздействие мощного высокочастотного электромагнитного поля вызывает сильный нагрев частиц, что разрушает содержащие их клетки. Следует отметить, что нагрев нежелательных клеток/тканей — так называемая гипертермия — и раньше использовался в клинической практике, в том числе, в онкологии, но именно с появлением наноматериалов этот метод терапии стал выглядеть очень перспективным.
Реальность
На сегодняшний день можно констатировать, что этот подход пока не вызвал революцию в лечении рака. Как это часто бывает, результаты исследований на клетках и на животных плохо переносятся на человека, хотя некоторые успехи в ранних клинических исследованиях и были достигнуты:
Главной проблема клинического применения оказалась неизбирательность проникновения наночастиц в опухоль, неравномерное или неполное проникновение частиц в опухоль и сложность стандартизации самой процедуры. Оказалось, что для избирательной доставки частиц в опухоль недостаточно просто ввести их в кровоток, нужно либо вводить их прямо в опухоль, либо снабжать антителами, которые адресно направят их в опухоль. И то, и другое улучшение обладает своими недостатками и прибавляет сложности процедуре.
В итоге на настоящий момент другие способы лечения рака, о некоторых из которых речь пойдёт ниже, оказались более перспективными и развиваются быстрее.
Наглядный материал
Гуманизированные антитела
Далее представлены несколько терапевтических решений, объединённых единством подхода: после выбора конкретной белковой мишени, чья функция важна в регуляции биохимии некоторого заболевания, к этому белку подбираются антитела, то есть тоже белковые молекулы, специфически связывающиеся с мишенью, блокирующие её функцию, меняющие ход биохимических реакций и — в идеале — останавливающие развитие болезни.
Попытки лечить различные патологии антителами предпринимались начиная с 1960-х гг., однако использование этого подхода в терапии увенчалось успехом лишь после появления методов, «подменяющих» в выращиваемых антителах заметную их часть на человеческую — иначе антитела, полученные не в человеческом организме, сами по себе вызывают иммунный ответ у пациента, чья иммунная система распознаёт антитела как чужеродный (а значит, наверняка вредный) белковый объект. Именно потому антитела, модифицированные «подменой» своих «строительных блоков» под человеческие, получили название «гуманизированные» — «очеловеченные». В настоящее время разработаны и применяются подходы для получения полностью человеческих антител «в пробирке», минуя стадию иммунизации животных.
Ожидания
Бевацизумаб, препарат, впоследствии получивший медицинское название Авастин (Avastin), был плодом попыток заблокировать активность белка — эндотелиального фактора роста сосудов (vascular endothelial growth factor, VEGF), давно выбранного учёными в качестве перспективной мишени в терапии рака. Дело в том, что упомянутый белок является ключевым регулятором роста сосудов, ангиогенеза — а этот процесс активно идёт при развитии и метастазировании раковых опухолей.
Реальность
Ожидания
Рецептор эпидермального фактора роста (epidermal growth factor receptor, EGFR) стал мишенью для терапии рака, когда выяснилось, что сверхэкспрессия или просто повышенная активность этого белка (например, вследствие мутаций) посылает в клетки сигнал о неограниченном делении, и что именно такой сигнальный каскад активирован во многих типах рака. Первым широко используемым препаратом-блокатором обсуждаемой мишени стал Цетуксимаб (Cetuximab), известный также под торговым названием Эрбитукс.
Реальность
Эрбитукс и его более поздний аналог Panitumumab (Vectibix, Вектибикс) заняли довольную большую нишу в терапии раков, экспрессирующих EGFR, — в первую очередь, при раке головы и шеи, а также при раке толстой и прямой кишки. Этот подход оказался неэффективным при терапии рака лёгкого и поджелудочной железы. Применение анти-EGFR антител связано со своими побочными эффектами — в первую очередь, дерматологическими, такими как чесотка, конъюнктивит, дерматиты, кожные инфекции, так как EGFR необходим для нормального функционирования и обновления кожных и эпителиальных покровов.
Ожидания
Белок Her2 — тирозиновая протеинкиназа рецептора эпидермального фактора роста — играет ключевую роль во множестве клеточных сигнальных каскадов, а дисбаланс этих каскадов может привести к развитию некоторых типов рака. В 90-е годы, когда выяснилось, что повышенная экспрессия Her2 свойственна большой доле случаев рака молочной железы у женщин, начались работы по получению целевых антител к данному белку. В 2000 гг. начались активные клинические испытания этих антител в комбинации с химиотерапией. Первым антителом такого типа, вышедшим в широкую практику, стал препарат Трастузумаб (Герцептин).
Реальность
Герцептин стал блокбастером благодаря своей эффективности в лечении рака молочной железы, экспрессирующего HER2, однако у него есть и недостатки: на лечение отвечают далеко не все пациентки, его применение способно вызвать сердечную недостаточность, и со временем у многих вырабатывается устойчивость к препарату и опухоль снова начинает расти — происходит отбор на клетки, не экспрессирующие HER2. Тем не менее, Герцептин стал большим шагом вперёд по сравнению с обычной химиотерапией, позволив продлить жизнь многим пациенткам и улучшив её качество.
TNF-alpha (TNFα) и воспалительные заболевания
Ожидания
Как оказалось, белок, носящий название «фактор некроза опухоли — альфа» (Tumor Necrosis Factor alpha, TNF-alpha), изначально выявленный — как нетрудно догадаться по названию — в качестве важного регулятора процессов онкогенеза, ответственен за работу иммунных Т-клеток в целом, и является ключевым регулятором их активации при остром и хроническом воспалении. Подбор антител, способных специфически подавлять активность этого белка, обещал стать перспективным терапевтическим подходом.
Начиная с 2000-х гг. для лечения ревматоидного артрита было зарегистрировано три антитела, связывающие TNF-alpha, — Инфликсимаб (Ремикейд), Адалимумаб (Хумира) и Этанерцепт (Энбрел).
Реальность
Все они также получили регистрацию по псориазу, а Ремикейд и Хумира — ещё и по воспалительным заболеваниям кишечника. Упомянутые заболевания относятся к аутоиммунным — то есть иммунная система организма атакует его собственные белки, что приводит к хроническому воспалению и повреждению тканей и органов. В случае ревматоидного артрита повреждаются в основном суставы, в случае псориаза — кожа, а воспалительные заболевания кишечника поражают толстый и тонкий кишечник. Все их объединяет присутствие повышенных количеств TNF-alpha в месте поражения и кровотоке.
Наглядный материал
Иматиниб
Ожидания
Препарат, известный также под названием «Гливек», стал воплощением парадигмы так называемого «рационального дизайна лекарств». Этот подход стал возможен относительно недавно, с новым витком развития молекулярной биологии, физики и химии. Суть его в следующем: зная детали биохимических каскадов в клетках и участвующих в них белковых агентов, возможно подобрать структуру вещества так, чтобы оно связывалось с конкретными белками-мишенями и регулировало их активность в частности и соответствующие каскады в целом. Изучение активности белков в некоторых типах рака дало основания рассматривать в качестве потенциальных мишеней белки семейства протеиновых киназ. Первоначальный экспериментальный скрининг — масштабное тестирование большого количества молекул-кандидатов — позволил учёным отобрать вещества, блокирующие активность упомянутых белков. Последующая модификация и улучшение ингибирующих свойств привели в конце 90-х к появлению обсуждаемого препарата.
Реальность
Создание Гливека позволило перевернуть терапию тяжёлых онкологических заболеваний крови, например, хронической миелогенной лейкемии и острого лимфобластного лейкоза. Эти заболевания возникают из-за хромосомной аберрации, вследствие которой в клетках костного мозга возникает белок Bcr-Abl, представляющий собой химеру двух белков, и приводящий к онкологическому перерождению клетки. Гливек был создан специально для того, чтобы блокировать активность этого белка, что позволило бороться не просто с быстро делящимися клетками, как это делает химиотерапия (убивающая, в том числе, и нормальные клетки), а — прицельно — со злокачественными клетками, ибо только они несут мутантный Bcr-Abl. Конечно, как первый опыт такого рода, Гливек оказался несовершенным, так как подавлял не только Bcr-Abl, но и ряд других белков, вызывая свои побочные эффекты. Однако он открыл дорогу целому ряду препаратов, созданных по тому же принципу.
Наглядный материал
Рапамицин
Ожидания
Появившись под названием Сиролимус (Sirolimus), этот препарат природного (бактериального) происхождения изначально использовался как противогрибковый. Но впоследствии спектр его потенциальных активностей сильно расширился. В 2000 гг. исследователи обратили внимание на способность рапамицина подавлять ангиогенез — рост сосудов. Этот процесс особенно интенсивно идёт в раковых опухолях. Как выяснилось, рапамицин, ингибируя внутриклеточный белок mTOR, блокирует активность ключевого белка ангиогенеза, уже упомянутого нами ранее белка VEGF, а также угнетает активность иммунной системы. Это открыло перспективы использования рапамицина и его производных в качестве антираковых и иммуносупрессорных препаратов, в первую очередь при трансплантации, раке молочной железы, раке почки, лимфомах.
Реальность
В последние годы звучат громкие слова о достоверном эффекте продления жизни лабораторных животных с помощью этого препарата — но никаких результатов аналогичных испытаний на людях нет, что вкупе с известными побочными эффектами препарата (подавление иммунной системы, онкологические риски) даёт основания исследователям предостерегать от его использования в качестве «эликсира жизни».
Амфотерицин B и лихорадка
Ожидания
Амфотерицин B, антибиотик природного происхождения, был выделен и исследован ещё в 1950-е годы. Со временем выяснили, что, будучи очень большой молекулой — макроциклом — он способен встраиваться в клеточные мембраны и образовывать ионные каналы с очень высокой проводимостью. Это вызывает выход внутриклеточных компонент — в частности, таким образом можно вызвать лизис грибковых паразитов. В 2000 гг. этот препарат рассматривался как наиболее перспективный в терапии лихорадок, вызываемых грибковыми инфекциями.
Рисунок 2. Комплекс амфотерицина B и эргостерола образует кольцевую структуру, которая, встраиваясь в мембрану клетки, создаёт в ней ионный канал.
Реальность
Несмотря на широкий список жизнеугрожающих побочных эффектов (особенно часто случаются почечная токсичность и полиорганная недостаточность), амфотерицин B и сейчас остаётся единственным средством лечения ряда системных и наиболее опасных грибковых инфекций. Позднее была разработана липосомальная форма амфотерицина B — распространённая стратегия улучшения лекарственных препаратов, состоящая в том, что молекула «упаковывается» в липосомы — шарики из липидов, внутри которых находится лекарство. Такое изменение позволило несколько снизить побочные эффекты и повысить эффективность при лечении ряда инфекций.
Наглядный материал
Интерфероны
Ожидания
Интерфероны были открыты в середине 20 века, и на них долгое время возлагали большие надежды как на средства лечения рака, вирусных инфекций и воспалительных заболеваний. По мере прогресса биологии и медицины стало понятно, что под названием «интерфероны» объединяются белки разных типов, однако все они выполняют сигнальную функцию при защите организма от чужеродных объектов.
Свойство интерферонов активировать иммунный ответ и приводить к уменьшению опухолей у животных, снижать у искусственно заражённых животных количество вирусных частиц дало повод утверждать, что найдено универсальное лекарство от рака и вирусных заболеваний. Конечно, как часто бывает, столь категорические заявления оказались преждевременными.
Реальность
По мере исследования действия интерферонов на людях стало понятно, что как одиночные агенты они помогают далеко не всем. Кроме того, постоянное применение интерферонов невозможно, так как они вызывают эффекты, подобные гриппу и другие нежелательные явления. Если при кратковременной терапии с такими эффектами можно смириться, то для долговременного лечения, например, воспалительных заболеваний, такой препарат не подходит. Сейчас интерфероны всё ещё применяются при лечении вирусных гепатитов B и C, рассеянного склероза, некоторых видов рака, однако по мере того, как на рынок выходят всё более безопасные и эффективные лекарства, интерфероны уступают им дорогу как слишком неизбирательные.
Заключение
Рассмотренные примеры далеко не исчерпывающие — за рамками остались такие интересные и широкие темы, как тромболитики и антиоксиданты, на которые возлагали большие и не оправдавшиеся надежды при лечении инсульта; иммунотерапия рака, которая, наконец, дала реально работающие лекарства, совершившие прорыв в лечении меланомы и рака лёгких (и обещающая ещё больше); стволовые клетки, которые пока так и не позволили добиться реальных успехов. Этим темам мы постараемся посвятить следующие аналогичные обзоры.
Однако и приведённых примеров достаточно, чтобы убедиться: наибольших успехов разработка лекарств достигает в тех областях, где заложен солидный научный фундамент, где понимание механизмов развития патологий позволяет предположить, что может на них повлиять, создать модельных животных, понять, как построить программу исследований на людях. И наоборот, недостаточное понимание в настоящее время того, как работает мозг, иммунная система, как прогрессирует рак, приводит к слепым и бесплодным попыткам «нащупать» лекарство, которое по счастливой случайности сработает при болезни Альцгеймера или раке желудка. При этом, как уже говорилось выше, особенно спекулятивно звучат высказывания некоторых учёных и вообще специалистов в биомедицине и фармакологии, которые, едва открыв какой-то механизм, который им кажется важным, или, получив препарат, работающий на мышах, торопятся сообщить, что они нашли лекарство от старения или от рака.
Надеемся, что эта статья поможет читателем более трезво относиться к таким смелым прогнозам, но и даст повод для оптимизма в отношении прогресса биомедицины в будущем.