Альтернативные методы в фармакологии

Комарова И.В., Яременко Ф.Г., Божко Т.С., Ладогубец Е.В.
Институт проблем эндокринной патологии им.В.Я.Данилевского АМН Украины, г. Харьков

В последние десятилетия XX века актуальной проблемой научно-исследовательского сектора фармацевтической индустрии стала генерация принципиально новых подходов к вопросу создания оригинальных лекарственных субстанций. Это привело к активному использованию в процессах поиска и создания новых лекарственных средств разработок в области биотехнологии, генной инженерии, усовершенствованной методологии фармацевтического органического синтеза.

В фармацевтической индустрии существуют два основных направления разработок - усовершенствование существующих и создание новых лекарственных средств. На первом этапе эта задача реализуется путем синтеза значительного количества различных соединений и их первичного скрининга. Это очень трудоемкий процесс, поскольку в настоящее время соотношение между количеством соединений, синтезированных в лабораторных условиях с первичным изучением их фармакологических свойств и количеством соединений, которые становятся лекарственными средствами и поступают на фармацевтический рынок составляет 1:10 000. Для того, чтобы синтезированное соединение стало лекарственным средством, на его создание в мировой фармацевтической промышленности расходуется более 600 млн. долларов США и 10-12 лет кропотливой работы [1].

В последние годы в этой отрасли все шире внедряются современные технологии, радикально изменившие подходы к созданию лекарственных средств. К таким направлениям, прежде всего, относится комбинаторная химия, компьютерное моделирование молекул, тотальный высокоэффективный скрининг, компьютерное прогнозирование, виртуальный скрининг [1,2].

Комбинаторная химия использует специальные технологии для синтеза в микроколичествах большого ряда соединений из "структурных блоков". Комбинаторные библиотеки соединений, в которых может быть до нескольких тысяч индивидуальных веществ или, как правило, - смеси изомеров, размещенных в планшетах и готовых для дальнейшего тотального скрининга. Последний включает в себя пробы на ферментную активность, действие на клеточные рецепторы и осуществляется иммунофлюоресцентны-ми и радиоиммунологическими методами с использованием пикомольных концентраций тестируемых субстанций в тех же планшетах с лунками.

Виртуальный скрининг - это отбор соединений, существующих лишь в электронной форме, по определенным параметрам с использованием различных алгоритмов, которые чаще всего основываются на компьютерном анализе возможной качественной и количественной взаимосвязи между структурой соединения и его ожидаемой биологической активностью. Подобный отбор предполагает расчет и предсказание физических, физико-химических и фармакологических свойств ожидаемой субстанции.

Наряду с виртуальным скринингом используют компьютерное моделирование молекул - метод с обратным принципом, предполагающий установление структуры соединения-лидера с заранее заданной фармакологической активностью. Следует отметить, что большинство из перечисленных современных технологий являются чрезвычайно дорогостоящими и зачастую недоступными для молодой фармацевтической промышленности Украины. В связи с этим отечественные химики и фармакологи используют преимущественно традиционные методы синтеза и первичного скрининга предполагаемых биологически активных соединений, хотя появляются предпосылки для развития и внедрения современных технологий органического синтеза и скрининговых программ, как перспективного направления медицинской химии. В этой связи, в рамках стратегии виртуального скрининга, обращает на себя внимание перспективное направление поиска новых биологи чески активных соединений, основанное на анализе взаимосвязей структура - активность (Structure - Activity Relationships SAR; Quantitative Structure - Activity Relationships QSAR) для известных биологически активных веществ и на моделирование взаимодействий макромоделей-мишеней с низкомолекулярными лигандами. Хотя такого рода подходы, называемые "Компьютерным конструированием лекарств" (Computer Aided Drug Design, CADD), непосредственным образом связаны с компьютерными технологиями, они, по сути, относятся к мультидисциплинарным исследованиям, что требует привлечения знаний из различных областей естествознания [2].

В Москве, в НИИ Биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН на основе методов SAR/QSAR проф. В.В. Поройковым с соавторами была разработана компьютерная программа прогноза спектра биологической активности PASS - Prediction of Activity Spectra for Substances, которая позволяет предсказывать свыше 780 фармакологических эффектов, биохимических механизмов действия, канцерогенность, мутагенность, терато-генность и эмбриотоксичность по структурной формуле соединения на основе анализа обучающей выборки известных соединений, принадлежащих к различным химическим классам [2]. В основу этой разработки легла идея о том, что избирательность того или иного биологического действия относительна и большинство соединений одновременно обладает многими видами биологической активности.

Возможность оценить общий спектр подобных эффектов, характерных для той или иной структуры, позволила бы отобрать на ранних стадиях исследования вещества, обладающие требуемой и не обладающие нежелательной направленностью воздействия. Точность такого прогноза составляет 85 %. С использованием программы PASS был получен прогноз биологической активности более, чем 100 соединений, синтезированных в ИПЭП, в лаборатории синтеза гормоноподобных соединений. В ряде случаев помимо подтверждения прогнозируемой биологической активности, программа выявила значительно более широкий спектр фармакологических и биологических эффектов, что позволяло отчасти раскрыть механизмы их действия. Касаясь вопросов традиционных стандартных скрининговых исследований специфической активности в условиях in vivo, в области разработки соединений, обладающих потенциальной антитиреоидной и тиреостатической активностью, необходимо обратить внимание на возможные ошибки при их оценке. Подобные погрешности могут быть связаны с тем, что нормальный баланс в системе гипофиз - щитовидная железа и результаты гормональных исследований могут модифицироваться под влиянием ч исследуемых веществ таким образом, что стандартная оценка специфической активности по параметрам изменения плазменного уровня Т3и Т4 у подопытных животных либо не отразит реальных изменений тиреоидной функции, либо

Таблица 1 Механизм действия

даст о них неполное, а зачастую - и искаженное представление. Это положение в данном контексте представляется возможным проиллюстрировать данными, касающимися неспецифического, побочного действия на гипофизарно-тиреоидную систему многих известных лекарственных веществ. Основные механизмы, согласно которым лекарственные препараты могут нарушать функционирование этой системы и изменять результаты гормональных исследований приведены в Табл. 1 и 2 [3]. Эти эффекты могут быть комплексными, поскольку ряд препаратов, например, амиодарон, глюкокортикоиды и фенитоин могут воздействовать сразу на несколько компонентов системы (Табл. 2).

Таблица 2