Моноклональные антитела, нанотела и нанобомбы

Ukraine Киевская обл. Киев

Моноклональные антитела, нанотела и нанобомбы

 

РАК ОТНОСЯТ К НАИБОЛЕЕ ОПАСНЫМ
ЗАБОЛЕВАНИЯМ ЧЕЛОВЕКА, НО УЧЕНЫЕ УТВЕРЖДАЮТ, ЧТО ЕГО
МОЖНО ПОБЕДИТЬ. С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННЫХ АНТИТЕЛ

Окружающий нас мир буквально кишит разнообразными микроорганизмами, аллергенами, токсинами. От их воздействия нас защищают антитела, т.е. огромные Y-образные белковые молекулы, которые с помощью своего «химического осязания» проверяют все молекулы на совместимость с нашим организмом. При этом каждый вид антител реагирует на индивидуальный след микроба, аллергена или токсина и старается выдавить, нивелировать его. Тем не менее, мы болеем. Время времени иммунная система делает ошибки: она слишком медлительна, то неоправданно терпима (например, по отношению к раку или респираторному вирусу), то очень бурно отторгает трансплантированные органы. Иногда она по ошибке атакует клетки собственного организма. В таком случае сама иммунная реакция может вызвать серьезное заболевание, например ревматоидный артрит. Еще в 1975 г. был открыт способ создания идентичных, или моноклональных, антител (МАТ), которые воздействуют избирательно — только на клетки злокачественной опухоли, не поражая здоровые.

Ощутимых результатов удалось достичь в 1994 г., а терапевтическое применение первых антител было одобрено только к концу 2004 г. предполагается, что препараты, созданные по моноклональной технологии, будут эффективны| при лечении не только рака, но и ревматоидного артрита, воспалительных заболеваний кишечника, а также, возможно, болезни Альцгеймера и др.

Волшебные пули против рака

Сеодня рак занимает одно из первых мест по уровню заболеваемости и смертности. В некоторых странах онкологические заболевания по количеству летальных исходов опережают болезни сердечно-сосудистой системы. Уже сейчас в мире ежегодно регистрируется 10 млн. случаев возникновения злокачественных опухолей. По прогнозам экспертов, в ближайшем будущем следует ожидать резкого повышения уровня заболеваемости в основном из-за старения населения и в связи со значительными изменениями образа жизни. К 2025 г. этот показатель может достичь 15 млн. новых случаев в год. Каждая восьмая смерть в мире связана с раком. От него погибает больше людей, чем от СПИДа, туберкулеза и малярии, вместе взятых.

В Украине ситуация вообще плачевная. Смертность от злокачественных новообразований в детском и подростковом возрасте конкурирует только со смертностью от травм, а зачастую выходит на первое место. Как сообщил главный онколог Министерства здравоохранения Украины, количество больных раком у нас в стране к 2025 г. может достичь 200 тыс. человек.

В среднем годовой прирост составляет около 3,5%. При этом в нашей стране ежегодно регистрируется около 160 тыс. новых случаев онкозаболеваний. Одним из факторов повышения уровня заболеваемости раком могут стать последствия аварии на Чернобыльской атомной станции в 1986 г. Основной рост этого показателя после ядерных катастроф наблюдается, как правило, через 25-35 лет. При этом треть случаев можно предотвратить, а еще треть легко вылечить на ранних стадиях. Ученые работают над созданием препаратов, способных воздействовать только на опухолевые клетки. В связи с этим очень важно было научиться использовать специфику иммунных реакций организма.

В начале 1980-х о МАТ говорили как о «волшебных пулях» в борьбе с онкологическими заболеваниями. С тех пор фармацевтические и биотехнологические компании вложили миллиарды долларов в исследования, связанные с разработкой МАТ, в надежде занять достойное место на весьма многообещающем рынке. В 2003 г. терапевтический класс противоопухолевых МАТ (L1X3) занимал 11-е место в мире по скорости появления новых препаратов (в Европе — 4-е). Объем продаж этих препаратов составил менее 0,5% общего объема рынка противоопухолевых средств в 2003 г. и продолжал расти в последующие годы. За последние несколько лет был одобрен целый ряд новых противоопухолевых МАТ, в том числе антитела, «вооруженные» токсинами и радионуклеотидами. Первым для применения в онкологии одобрили Rituximab. В США этот препарат стал лидером рынка (35,6%, рост объемов продаж — 31%).

До сих пор наилучшие результаты иммунотерапия давала в лечении гематологических видов рака, так как в этом случае клетки более доступны для воздействия, чем при твердых опухолях. В период с 2000-го по 2004 г. были одобрены еще четы-ре МАТ для лечения различных типов лимфомы и лейкемии. Первым антителом, допущенным к лечению твердых опухолей, стал препарат Herceptin, выпущенный на рынок США в 1998 г. Он предназначался для лечения рака молочной железы с метастазами. В 2003-2004 гг. были одобрены еще два МАТ для лечения рака толстой кишки. Сейчас в Китае на стадии утверждения находится препарат для лечения рака легких. По данным IMS LifeCycle RRDfocus, еще 12 препаратов МАТ проходят третью фазу клинических испытаний. Два из них — OvaRex, разработанный компаниями Biomira и AltaRex (сейчас ViRexx), и Rencarex, созданный компанией Wilex, — уже получили статус orphan drug для лечения рака яичников и почек. (Orphan drug — статус, присваивае-мый препаратам, предназначенным для лечения редких заболеваний. Во многих странах этот статус дает льготы при регистрации и налогообложении.)

Почему так дорого

Несмотря на успехи МАТ, мечты о «волшебной пуле» пока остаются мечтами. У этой технологии есть недостатки — из-за больших размеров белков возникают ограничения как практического, так и медицинского характера. Например, если препараты не хранить при температуре около 0'С, то они теряют пригодность всего за несколько недель. То же происходит и при изменении кислотности среды. Антитела быстро перевариваются в кишечнике, они не могут попасть в мозг, им доступны лишь края плотных опухолей. По этой причине многие болезни для них недосягаемы. МАТ — слишком крупные молекулы, неспособные проникать внутрь клетки или глубоко в ткани, их нельзя применять перорально (через рот), для достижения нужного эффекта их концентрация должна в 5-10 тыс. раз превышать концентрацию молекул-мишеней. Кроме того, МАТ вырабатываются исключительно на клеточных культурах, что делает их производство недешевым. Тем не менее, у МАТ есть несколько важных свойств, которые ученые хотят со-хранить при разработке препаратов следующего поколения: высокая избирательность действия при низкой токсичности и способность активировать иммунную систему в борьбе с опухолевыми клетками.

МАТ по-новому

Миллионы разновидностей человеческих антител представляют со-бой вариации одной и той же базовой структуры: две более крупные (или тяжелые) цепи соединены с двумя цепями меньшего размера (или легкими). Пара сегментов на концах ветвей уникальна для каждого типа антител и определяет, с ка-кой мишенью оно будет связываться. Целый ряд биотехнологических и фармацевтических компаний сегодня работает над созданием МАТ-технологий нового поколения. Их задача — разработка высокоэффективных терапевтических средств, объединяющих в себе преимущества МАТ и низкомолекулярных препаратов.

В 1980-х годах ученые начали экспериментировать с небольшими фрагментами антител. Как и полноценные МАТ, фрагменты антител могут лечить заболевания, связываясь с токсинами, патогенами или сигналами изменившихся клеток, а также с теми клеточными рецепторами, с которыми связываются «агрессоры». Фрагменты антител можно производить с помощью бактерий, дрожжей или грибов. С одной стороны, они могут проникать вглубь опухолей, и к ним можно химически прикрепить радиоактивные изотопы или химиотерапевтические препараты, которые будут доставлены непосредственно в больную ткань. С другой — фрагменты быстро исчезают из кровяного русла, поэтому продолжительность их жизни составляет лишь несколько часов, в то время как настоящие антитела могут существовать в организме неделями. Английская компания Domantis занимается разработкой доменовых антител (ДАТ) — мельчайших функциональных единиц антител, обладающих свойствами нормальных антител человека. Их размер — 1/10 обычного антитела. ДАТ также обладают высокой стабильностью, их можно вводить через рот, ингаляции или в виде инъекций. Однако доменовые белки склонны к прочному связыванию между собой. В результате фрагменты слипаются друг с другом внутри бактерий и в организме человека. Также Domantis создает ДАТ с из-бирательным воздействием на два объекта одновременно. Сейчас эта компания проводит испытания ДАТ по лечению рака легких и других видов твердых опухолей.

Шведская компания Аffibodу раз-работала новые вещества на основе белка. Они получили название «аффитела» (от слова affinity — сродство). Аффитела обладают свойствами обычных антител, но их размер в 25 раз меньше, что позволяет лучше проникать в ткани опухоли. Аффитела характеризуются высокой стабильностью, просты в производстве, а направленность их действия может быть запрограммирована. В настоящее время препараты аффител проходят этап доклинических исследований.

Верблюд нужен не только в пустыне

Бельгийская биотехнологическая компания Ablynx пошла по другому пути — пути, предложенному самой природой. В 1989 г. биологи Серж Мулдерманс и Раймонд Хамерс из Свободного Брюссельскго университета изучили проблему защиты одногорбых верблюдов и буйволов от паразитов. Один из анализов антител в крови животных выглядел как ошибочный. Согласно его результатам, помимо нормальных антител были выявлены более простые, состоящие всего из пары тяжелых цепей. Потратив несколько лет на исследования, в 1993 г. ученые опубликовали статью о своем открытии в журнале Nature. У одногорбых верблюдов половина антител в крови лишена легких цепей, а связываются со своими мишенями они так же прочно, как и нормальные. Почему верблюды отличаются от всех остальных млекопитающих  до сих пор остается загадкой. Когда ученые из группы Мулдерманса вырезали из укороченных белковых молекул характерные изменчивые сегменты, то оказалось, что они сохранили сродственность своим мишеням, практически такую же, как у крупных полноценных антител. К тому же эти молекулы были очень подвижны, что позволяло им связываться с мишенями, которые слишком малы для антител. Так возникли нанотела.

Поскольку нанотела намного мельче антител и обладают хорошей растворимостью, то они более устойчивы к температуре и кислотности. Петер Роттирс и Хильда Реветс из Института биотехнологии Фландерса в Бельгии показали, что такие соединения сохраняют свою активность при прохождении через желудочно-кишечный тракт мышей. Это позволяет надеяться на создание таблеток с нанотелами для лечения воспалительных заболеваний кишечника, рака прямой кишки и других болезней пищеварительной системы. Поскольку нанотела по химическому строению и форме проще антител, они могут быть закодированы в одном гене.

В 2002 г. биологи из компании Unilever Research в Нидерландах из литра дрожжей получили 67 мг нанотел, тогда как Бельгийская Ablynx со-общила о выходе из такого же объема исходного материала всего 1 мг. «К тому же наши нанотела стабильны при комнатной температуре и могут долго храниться без холодильника», — утверждает Тим ван Хаувермейрен, ответственный за расширение бизнеса Unilever Research.

Конструирование антител и нанотел

Создание эффективного нанотела требует меньше времени и денег, чем разработка антитела. В обоих случаях иммунная система здорового животного «проектирует» белок, который может связываться с молекулой-мишенью. Реветс и Мулдерманс опубликовали результаты экспериментов по созданию нанотел, связывающихся с рецепторами на раковых клетках, что позволяет им присоединяться ко всем опухолям. Нанотела были испытаны на мышах, которым ввели раковые клетки человека, разросшиеся вскоре в опухоли размером в полтора сантиметра. Обычная химиотерапия просто задержала развитие рака, в то время как химиотерапевтическое воздействие в высоких дозах с применением нанотел привело к выздоровлению.

«Создавать новые типы нанотел не так сложно», — утверждает ван Хаувермейрен. — Иммунизируя лам необходимым антигеном и извлекая затем лишь антитела, состоящие из одних тяжелых цепей, мы можем получить высокоактивные нанотела за четыре месяца». При некоторых заболеваниях, в том числе ревматоидном артрите, нанотело может выполнять задачу само по себе, например, путем блокирования активных центров на поверхности поврежденных клеток. Благодаря сотрудничеству фармацевтических компаний АЫупх и GIMV, а также ученых из Межуниверситетского института биотехнологий во Фландрии уже созданы 16 таких нанотел. Два из них готовы к клиническим испытаниям. Среди разработок есть не только противораковые средства. Некоторые нанотела можно использовать и для лечения воспалительных и сердечнососудистых заболеваний.

Нанобомба в помощь нанотелу

Американские ученые из университета Миссури-Колумбия совместно с исследователями из различных военных учреждений разработали «умную бомбу» наномасштаба, которая может применяться во многих направлениях. Наиболее перспективное связано со способностью избирательно воздействовать на опухолевые клетки. Работа опубликована в одном из последних выпусков журнала Applied Physics Letters (от 25 января 2008 г.) Нанобомба состоит из наностержней оксида меди (играют роль горючего) и наночастиц алюминия (окислитель). У этой смеси малая плотность и большая площадь контакта горючего и окислителя, что в наномасштабе может вызвать быстрое сгорание с образованием ударной волны. Причем без детонации, как у обычных взрывчатых веществ в макромасштабе. Именно эта особенность делает возможным использование нанобомбы в живых организмах.

Ученые продемонстрировали такую возможность в лабораторных условиях. В организм животного вводили лекарственное средство. Затем на опухолевую ткань направляли небольшое устройство, под воздействием которого происходил взрыв нанобомбы. Ударная волна распространялась со скоростью 1500-2300 м/с, что втрое превышает скорость звука. Под воздействием ударной волны в клетках образуются отверстия, в которые быстро устремляются лекарственные вещества. Этот процесс занимает всего несколько миллисекунд. Эффективность такого способа доставки лекарств очень высока — в клетки попало около 99% препарата. Интересно, что на здоровые клетки, также подвергающихся воздействию ударных волн, оказывается гораздо меньшее негативное влияние, чем при химиотерапии.

Здоровье дорогого стоит

У моноклональных антител большие перспективы, но сейчас их применение обходится довольно дорого. К примеру, лечение больных астмой антителами Xolair стоит $11 тыс. в год, а годовой курс лечения Herceptin от рака — более $38 тыс. Remicade от ревматоидного артрита обойдется в $4,6 тыс. за восемь уколов. В Москве флакон Remicade (100 мг) стоит $800. Вводится препарат из расчета веса человека. Например, при весе 67 кг за один раз нужно влить 3,5 флакона. В год уходит девять флаконов, т.е. стоимость годичного курса составит $25,2 тыс.

Сейчас рынок МАТ держится в основном на двух препаратах — Rituxan и Herceptin. Другим препаратам трудно пробиться на рынок, так как их производят небольшие биотехнологические, биофармацевтические и фармацевтические фирмы, которым часто не хватает ресурсов для раскрутки своей продукции. Этому могло бы способствовать сотрудничество с крупными компаниями. Поэтому Ablynx, Aflibody и Domantis ищут партнеров, которые помогли бы им закончить разработки и внедрить их в клиническую практику. В результате совсем недавно одна из лидирующих мировых фармацевтических компаний Boehringer Ingelheim (Германия) и биофармацевтическая компания Ablynx (Бельгия) подписали соглашение стоимостью $265 млн. о совместной разработке новых препаратов для лечения болезни Альцгеймера с применением нанотел. Кроме того, они совместно запускают новую научно-исследовательскую программу. Нанотела компании Ablynx могут оказаться исключительно важными в создании новых пре-паратов для лечения и других болезней.

Рынок моноклональных антител все еще формируется. Десятки новых МАТ находятся на стадии разработки или клинической проверки. В 2004 г. Джанис Рейкерт из Центра по изучению процесса разработки лекарственных препаратов при Университете Тафта предположила, что 16 из них получат международные лицензии на применение в течение трех-четырех лет. Согласно ее подсчетам, в нынешнем году объем продаж МАТ во всем мире составит около $17 млрд.

Капитализация Pfizer, одной из
крупнейших фармкомпаний,
входит в состав индекса Dow
jones Industrial Average
и превышает $185 млрд.

Tags: Медицина, Моноклональные Антитела, Нанобомбы, Нанотела, Рак