Молекули, яких не було, або Як вилікувати рак за допомогою математики

Незважаючи на те що найпоширенішими видами лікування онкологічних захворювань сьогодні як і раніше є хірургія і хіміотерапія, надії світової наукової спільноти в боротьбі з головним недугою XXI століття спрямовані зовсім в іншому напрямку - в сторону так званої таргетной терапії.

У чому, власне, справа. Класичні методи, такі як хірургія, променева або хіміотерапія, прагнучи вбити ракові клітини, "змітають на своєму шляху" все живе, провокуючи жахливі побічні процеси в іншому організмі. Таргетная терапія - власне, назва натякає на суть - впливає тільки на специфічні механізми, що відбуваються в уражених клітинах, практично не зачіпаючи їх здорових сусідів.

Цього "прицільного" впливу вчені фармацевтичної галузі домагаються різними шляхами. Одні розробляють препарати, які пригнічують роботу білків, які запускають процес аномального поділу клітин. Інші шукають речовина, яка здатна блокувати утворення нових судин, що забезпечують харчування і ріст пухлини. Треті б'ють зовсім фундаментально: створюють унікальні біомолекули - так звані "моноклональні антитіла", - дозволяють організму самостійно вилікувати захворювання (подібно до того, як наша імунна система реагує, наприклад, на якусь ГРВІ).

(Всього 2 фото)

Остання стратегія представляється світовому вченому спільноті найбільш перспективною, оскільки дає позитивні прогнози повного зцілення від раку навіть на пізніх стадіях. І саме цим напрямком займається російська компанія BIOCAD (ми писали про неї раніше), Яка вже понад 15 років успішно розробляє унікальні препарати на основі моноклональних антитіл для лікування онкологічних, аутоімунних та інших захворювань.

Що ж це за чарівні антитіла? Тут все досить нетривіально.

На нашій планеті існує ряд тварин, які не хворіють на рак. Наприклад, лами. Вони від природи володіють протипухлинними моноклональними антитілами, які їх захищають. Людський організм не виробляє таких антитіл. Відповідно, для лікування людей від раку необхідно штучно "імплантувати" їм ці самі моноклональні антитіла.

Але тут є свої складності. Антитіла, отримані з тварин, не можна просто застосувати для лікування людей - негативні наслідки від неприйняття білків людської імунною системою можуть перевищувати терапевтичний ефект. Тобто необхідно вирішити задачу гуманізації - перетворення тварин антитіл в людські таким чином, щоб прибрати їх негативні властивості, зберігши при цьому корисні. Для цього потрібно зрозуміти, які антитіла взагалі бувають як в людині, так і в тварин. Незважаючи на ідентичність вихідних генів антитіл у всіх людей, процес їх мутації відбувається індивідуально. В результаті мільйони фрагментів білкової ланцюга, що мають унікальну структуру, утворюють "при перемішуванні" незліченну кількість комбінацій, кожна з яких може виявитися тією самою універсальною цілющою молекулою.

Тут варто без перебільшення відзначити, що в рішенні цієї складної задачі аналізу різноманітності антитіл в людях і тваринах російські вчені з BIOCAD "На три корпуси" випереджають весь світ. З 2012 року лабораторії компанії займаються створенням бібліотеки антитіл людини, яка на даний момент є найбільшою в світі. Бібліотека являє собою сховище мільярдів генів різних антитіл, кожен з яких індивідуальний і реально представлений в крові людини. Такі ж бібліотеки створюються і з моноклональних антитіл лам.

Володіючи цими унікальними даними, зібраними більш ніж у 2000 донорів, вчені виявляють найбільш універсальні комбінації фрагментів білкової ланцюга людини і зіставляють їх з антитілами тварин для отримання шуканої цілющою формули.

Проведення такого роду аналізу вимагає не тільки біологічних знань, а й застосування математичного апарату. Завдяки досягненням біоінформатики і високоточного обладнання в лабораторіях компанії вчені виробляють багатоступінчастий аналіз можливих з'єднань, виявляючи комбінації, які будуть давати кращі результати за сукупністю "людяності" антитіла і його специфічних властивостей. Для таких "успішних кандидатів" на тривимірних структурних моделях фахівці пророкують, як саме отримані "гібриди" стануть проявляти свою активність, а також можуть знайти способи підвищити їх ефективність. І вже за підсумками математичної селекції і комп'ютерного моделювання з усього розмаїття молекул виявляються кілька найбільш перспективних варіантів, які вже синтезуються в лабораторних умовах. Наступний крок, до якого цілеспрямовано рухається BIOCAD сьогодні, - перехід від гуманізувати молекул до безпосередньо людським, тобто повна відмова від антитіл тварин. Саме завдяки постійному розширенню бібліотеки людських антитіл і розробленим в компанії методам математичного моделювання і поліпшення молекул це стане можливо вже в самий найближчий час.

Раніше в компанії навчилися отримувати ефективні молекули антитіл в кількості, достатній для лікування тисяч хворих як в РФ, так і в інших країнах. Наявність бази, що дозволяє швидко доводити молекули з високим потенціалом до пацієнтів, служить основою успішних проектів з розробки інноваційних препаратів. Так, вченим вдалося в стислі терміни відпрацювати процес, налагодити виробництво, успішно провести клінічні дослідження і випустити на ринок перший біоаналогів синтетичного препарату "Ритуксимаб" (застосовується для лікування лімфоми), а найближчим часом очікується вихід нового препарату - аналога "Бевацізумаба" (лікування раку кишечника).

Зусиллями вчених сьогодні в клінічних умовах розробляються ще більше 10 препаратів з молекулярно-спрямованим дією. Кілька проходять апробацію. Їх поява на фармацевтичному ринку очікується в найближчі роки. А разом з ними - і можливість говорити про повну перемогу над головним захворюванням XXI століття.

Дивіться також - Як і де в Росії роблять ліки від раку