Молекулы, которых не было, или Как вылечить рак с помощью математики

Несмотря на то что самыми распространенными видами лечения онкологических заболеваний сегодня по-прежнему являются хирургия и химиотерапия, надежды мирового научного сообщества в борьбе с главным недугом XXI века направлены совершенно в другом направлении — в сторону так называемой таргетной терапии.

В чем, собственно, дело. Классические методы, такие как хирургия, лучевая или химиотерапия, стремясь убить раковые клетки, «сметают на своем пути» всё живое, провоцируя ужасающие побочные процессы в остальном организме. Таргетная терапия — собственно, название намекает на суть — воздействует только на специфические механизмы, происходящие в пораженных клетках, практически не затрагивая их здоровых соседей.

Этого «прицельного» воздействия ученые фармацевтической отрасли добиваются разными путями. Одни разрабатывают препараты, которые подавляют работу белков, запускающих процесс аномального деления клеток. Другие ищут вещество, которое способно блокировать образование новых сосудов, обеспечивающих питание и рост опухоли. Третьи бьют совсем фундаментально: создают уникальные биомолекулы — так называемые «моноклональные антитела», — позволяющие организму самостоятельно вылечить заболевание (подобно тому, как наша иммунная система реагирует, например, на какую-нибудь ОРВИ).

Последняя стратегия представляется мировому ученому сообществу наиболее перспективной, так как дает положительные прогнозы полного исцеления от рака даже на поздних стадиях. И именно этим направлением занимается российская компания BIOCAD (мы писали о ней раньше), которая уже более 15 лет успешно разрабатывает уникальные препараты на основе моноклональных антител для лечения онкологических, аутоиммунных и других заболеваний.

Что же это за волшебные антитела? Здесь всё весьма нетривиально.

На нашей планете существует ряд животных, которые не болеют раком. Например, ламы. Они от природы обладают противоопухолевыми моноклональными антителами, которые их защищают. Человеческий организм не вырабатывает таких антител. Соответственно, для лечения людей от рака необходимо искусственно «вживлять» им эти самые моноклональные антитела.

Но здесь есть свои сложности. Антитела, полученные из животных, нельзя просто применить для лечения людей — негативные последствия от непринятия белков человеческой иммунной системой могут превышать терапевтический эффект. То есть необходимо решить задачу гуманизации — превращения животных антител в человеческие таким образом, чтобы убрать их негативные свойства, сохранив при этом полезные. Для этого требуется понять, какие антитела вообще бывают как в человеке, так и в животных. Несмотря на идентичность исходных генов антител у всех людей, процесс их мутирования происходит индивидуально. В результате миллионы фрагментов белковой цепи, имеющие уникальную структуру, образуют «при перемешивании» бесчисленное количество комбинаций, каждая из которых может оказаться той самой универсальной целительной молекулой.

Обладая этими уникальными данными, собранными более чем у 2000 доноров, ученые выявляют наиболее универсальные комбинации фрагментов белковой цепи человека и сопоставляют их с антителами животных для получения искомой целебной формулы.

Проведение такого рода анализа требует не только биологических знаний, но и применения математического аппарата. Благодаря достижениям биоинформатиков и высокоточному оборудованию в лабораториях компании ученые производят многоступенчатый анализ возможных соединений, выявляя комбинации, которые будут давать лучшие результаты по совокупности «человечности» антитела и его специфических свойств. Для таких «успешных кандидатов» на трехмерных структурных моделях специалисты предсказывают, как именно полученные «гибриды» станут проявлять свою активность, а также могут найти способы повысить их эффективность. И уже по итогам математической селекции и компьютерного моделирования из всего разнообразия молекул выявляются несколько наиболее перспективных вариантов, которые уже синтезируются в лабораторных условиях. Следующий шаг, к которому целенаправленно движется BIOCAD сегодня, — переход от гуманизированных молекул к непосредственно человеческим, то есть полный отказ от антител животных. Именно благодаря постоянному расширению библиотеки человеческих антител и разработанным в компании методам математического моделирования и улучшения молекул это станет возможно уже в самое ближайшее время.

Ранее в компании научились получать эффективные молекулы антител в количестве, достаточном для лечения тысяч больных как в РФ, так и в других странах. Наличие базы, позволяющей быстро доводить молекулы с высоким потенциалом до пациентов, служит основой успешных проектов по разработке инновационных препаратов. Так, ученым удалось в сжатые сроки отработать процесс, наладить производство, успешно провести клинические исследования и выпустить на рынок первый биоаналог синтетического препарата «Ритуксимаб» (применяющегося для лечения лимфомы), а в ближайшее время ожидается выход нового препарата — аналога «Бевацизумаба» (лечение рака кишечника).

Усилиями ученых сегодня в клинических условиях разрабатываются еще более 10 препаратов с молекулярно-направленным действием. Несколько проходят апробацию. Их появление на фармацевтическом рынке ожидается в ближайшие годы. А вместе с ними — и возможность говорить о полной победе над главным заболеванием XXI века.

Смотрите также — Как и где в России делают лекарства от рака