Персонализированные лекарства в действии

Все люди когда-нибудь болели и нуждались в лекарстве от простуды или инфекции. Возможно, ваш врач выписывал вам таблетки или лекарство, которое необходимо было купить в аптеке. Современные фармацевты проверяют рецепты и следят за тем, чтобы выдавать по этим нужные лекарства в необходимой дозировке, но на самом деле они сами не производят лекарства, которые мы принимаем — большинство из них производятся на гигантских фармацевтических фабриках и лабораториях, которые выпускают лекарственные препараты в разных видах для больниц и аптек по всему миру. Но так было не всегда.

Знаете ли вы, что раньше лекарства часто готовили прямо в аптеке? Люди старшего поколения ещё должны помнить такие рецептурные отделы, где некоторые формы готовили на заказ по выписанному назначению. Не так давно фармацевты смешивали ингредиенты вручную, чтобы создать лекарство, необходимое каждому пациенту, в соответствии с рецептом врача. Этот процесс позволяет создавать персонализированные лекарства, которые, в принципе, могут разрабатываться специально для одного человека с учётом его уникальных генов, заболевания или организма, а не использование одинакового лечения для всех., называется. Такой процесс смешивания ингредиентов для изготовления индивидуального лекарства для конкретного пациента, обычно осуществляемый фармацевтом, а не на фабрике, называется компаундированием. Но по мере развития медицинской науки и роста спроса на лекарства разработка и производство лекарств переместились в крупные фармацевтические компании, которые разработали способы производства лекарств большими партиями, что удешевило их и обеспечило аптеки и больницы постоянным наличием необходимых препаратов для пациентов.

А теперь представьте себе крошечную лабораторию в коробке, которая может производить лекарства прямо в больницах, где проходят лечение пациенты. Более того, при таком футуристическом методе, эти лекарства будут идеально подходить для лечения конкретного заболевания каждого человека! Они будут состоять из микроскопических «фургонов доставки» – наночастиц, которые после инъекции в организм смогут доставлять лекарства непосредственно в нуждающиеся в них клетки. Лекарства внутри наночастиц будут состоять из молекул-инструкций – нуклеиновых кислот, которые сообщают клеткам, как устранить точные клеточные проблемы, вызывающие заболевание. Такой подход будет гораздо быстрее и гибче, что может сделать этот метод особенно полезным для лечения редких заболеваний, от которых в настоящее время лекарства вообще не производятся крупными фармкомпаниями. Это может изменить подход к лечению болезней, сделав передовые и персонализированные методы лечения доступными большему количеству людей по всему миру.

Лекарства, производимые крупными партиями, не всегда лучше. Хотя фармацевтические фабрики хорошо подходят для производства распространённых, универсальных лекарств, таких как вакцины или обезболивающие препараты, этот метод также создаёт определённые проблемы. Продукция массового производства создаётся для того, чтобы подойти как можно большему числу людей, но не все реагируют на них одинаково. Лечение, которое хорошо подходит одному человеку, может быть не столь эффективным для кого-то другого. Это особенно актуально для сложных заболеваний, таких как рак, или для других состояний, требующих специфического лечения, основанного на уникальных характеристиках пациента. Когда лекарства производятся только на нескольких крупных предприятиях, может возникнуть дефицит, если эти предприятия столкнутся с производственными проблемами, нехваткой материалов или задержками в доставке. Наконец, производство и доставка в таких больших масштабах также требуют большого количества энергии и ресурсов, что приводит к загрязнению окружающей среды и образованию массы отходов.

Ещё большую тревогу вызывают редкие заболевания, называемые орфанными, которые поражают лишь небольшое число людей и часто не имеют методов лечения, поскольку производство фармацевтических средств от них невыгодно большим компаниям. Разработка новых лекарств обходится очень дорого, поэтому фармацевтические фирмы, как правило, сосредотачиваются на распространённых заболеваниях, поражающих множество пациентов. Как правило, им невыгодно тратить миллионы на разработку методов лечения, которые необходимы лишь небольшому числу людей. Это означает, что у пациентов с редкими заболеваниями часто нет вариантов лечения, хотя известно около 7000 орфанных заболеваний, которые в совокупности поражают более 300 миллионов человек во всём мире.

Новейший метод цифрового компаундирования направлен на производство персонализированных лекарств локально, непосредственно в больницах, где в них нуждаются пациенты, вместо того, чтобы полагаться на крупные заводы. Возможно, вы видели одну из тех классных машин для приготовления газировки — такую, где вы выбираете свою любимую газировку, например, колу или спрайт, а затем добавляете пользовательские вкусы, такие как вишня, ваниль или лайм, чтобы создать свой собственный персонализированный напиток. Или, может быть, используете кофемашину, куда кладётся маленькая капсула по своему выбору и получаете свежую чашку кофе, приготовленного именно так, как нравится. Это основная идея NANOSPRESSO, нового способа приготовления небольших персонализированных партий лекарств прямо в больнице. Название «NANOSPRESSO» происходит от «nano», что означает крошечные частицы, и «espresso», тип кофе, быстро приготовленного с помощью специальной машины, — чтобы описать, как эта система быстро производит крошечные частицы, содержащие точные лекарства, необходимые каждому пациенту в соответствии с его конкретным заболеванием.

Но изготовление лекарств гораздо сложнее, чем варить кофе дома или добавлять ароматизаторы в газировку. Лекарства, создаваемые мини-лабораторией, производятся из нуклеиновых кислот. Молекулы, такие как ДНК и РНК, содержат инструкции, сообщающие клеткам, что делать, например, как производить белки, обеспечивающие нормальное функционирование организма. Белки – это строительные блоки организма, отвечающие за всё: от движения мышц до борьбы с инфекциями. Но когда клетки производят слишком много или слишком мало определённых белков, или, когда определённые белки работают неправильно, могут возникнуть заболевания. Лекарства на основе нуклеиновых кислот могут быть специально разработаны для того, чтобы снабжать клетки правильными инструкциями по синтезу критически важного недостающего белка. Кроме того, в случаях, когда клетки производят неисправный белок, вызывающий заболевание, лекарства на основе нуклеиновых кислот могут «прилипать» к ошибочным генетическим инструкциям пациента и «блокировать» их, прежде чем они смогут синтезировать проблемный белок.

Доставка лекарств на основе нуклеиновых кислот в клетки – непростая задача. Нуклеиновые кислоты обычно гораздо крупнее обычных лекарств и имеют отрицательный заряд – две особенности, затрудняющие их проникновение через защитную внешнюю мембрану клетки. Кроме всего, они хрупкие и могут быстро разрушаться в организме. Без защиты эти лекарства будут разрушены, прежде чем достигнут нужных клеток. Поэтому для того, чтобы эти лекарства работали, учёным сначала нужно было найти способ упаковать нуклеиновые кислоты так, чтобы они могли безопасно достичь своей цели внутри организма. Один из способов решения этой проблемы — заключить нуклеиновые кислоты в наночастицы — чрезвычайно крошечные, искусственные частицы, которые могут переносить и защищать своё содержимое, словно микроскопические грузовики доставки. Эти наночастицы безопасно транспортируют активное вещество по организму к его цели.

Наиболее распространённый тип наночастиц, используемых для лекарств на основе нуклеиновых кислот, называется липидными наночастицами. Липиды — это жироподобные молекулы, которые могут образовывать крошечные пузырьки вокруг лекарства, защищая его от повреждений и помогая ему проникать в клетки. Если бы Землю сжали до размера футбольного мяча, а затем этот футбольный мяч уменьшили бы на такую же величину, результат был бы примерно размером с липидную наночастицу! Наночастицы могут быть спроектированы так, чтобы высвобождать свой груз в нужное время после того, как они попали в клетки. Учёные, с помощью вычислительных возможностей современных центров обработки данных, теперь ещё могут модифицировать наночастицы, чтобы «нацеливать» их на специфический проникновение в определённые ткани, такие как печень или мышцы.

Технология применения наночастиц не нова. Фактически, она уже сыграла ключевую роль в медицинском прорыве, с которым вы, вероятно, лично знакомы или слушали про него - речь идёт о мРНК-вакцине. Эта вакцина использует липидные наночастицы для безопасной доставки генетических инструкций по созданию безвредного белка из вируса. Попав внутрь клеток, эти инструкции активируют защитную систему организма, подготавливая его к борьбе с реальным вирусом, если он встретится. Фармакологи сейчас используют аналогичные системы доставки на основе наночастиц для других заболеваний, чтобы содержащиеся в них лекарства безопасно достигали больных клеток пациента. NANOSPRESSO делает шаг вперёд, позволяя производить индивидуальные лекарства на основе нуклеиновых кислот для конкретных пациентов, именно тогда, когда они необходимы в больницах или клиниках.

Чтобы создать персонализированное лекарство с помощью NANOSPRESSO, первым шагом является анализ генетического состава пациента для выявления дефектных генов или белков, вызывающих его заболевание, и определения того, может ли помочь терапия нуклеиновыми кислотами. Как только врачи определяют, какое лекарство на основе нуклеиновых кислот нужно пациенту, для него изготавливается индивидуальный картридж — подобно тому, как индивидуальная кофемашина использует специальные капсулы для приготовления разных видов кофе в зависимости от вкусов каждого человека. Каждый картридж размером примерно со смартфон имеет два отсека. В одном отсеке находится лекарство на основе нуклеиновых кислот пациента, а в другом — липидная смесь, необходимая для формирования защитных наночастиц. Картридж также содержит тонкие каналы, в которых ингредиенты могут смешиваться, что называется микрофлюидным смешиванием (способ смешивания очень малых объёмов жидкостей через крошечные каналы, помогающий учёным быстро и точно создавать такие вещи, как наночастицы, часто внутри специального картриджа или устройства). Картридж вставляется в активационное устройство, которое создаёт точно контролируемое давление, выталкивающее мельчайшие капли жидкости из двух отсеков в микрофлюидные каналы, смешивая их с высокой точностью. Микрофлюидное смешивание обеспечивает идеальное сочетание ингредиентов для формирования стабильных наночастиц. Результат? Свежая порция нужного препарата, быстро и безопасно приготовленная прямо в больнице, готова к введению пациенту.

Этот способ может стать методом лечения множества различных заболеваний, включая орфанные, для которых в настоящее время существует мало или совсем нет методов лечения. Одним из примеров является метилмалоновая ацидемия – заболевание, при котором организм не может должным образом расщеплять определённые продукты питания, что приводит к опасному накоплению токсичных веществ. Другим примером является синдром Криглера-Наджара – редкое заболевание печени, при котором организм не может избавиться от продуктов обмена веществ в крови, что может привести к серьёзным осложнениям. Оба заболевания вызваны отсутствием или дефектами белков, поэтому их потенциально можно лечить с помощью препаратов на основе нуклеиновых кислот, которые заставляют клетки вырабатывать правильные белки.

Способность производить небольшие персонализированные партии лекарств также может быть полезна при лечении рака. Некоторые методы лечения рака работают, помогая защитной системе организма распознавать и атаковать опухоли. Благодаря этой технологии, больницы смогут готовить эти иммунотерапевтические препараты по запросу, а не ждать их производства на крупных фармацевтических заводах. Кроме того, эта технология может помочь врачам быстро реагировать на возникающие заболевания. Например, при появлении нового вируса, это лабораторное устройство может использоваться в больницах для создания небольших партий вакцин именно там, где новым вирусом заражено больше всего людей, помогая сообществам реагировать на вспышки заболеваний гораздо быстрее, чем это позволяет традиционное производство.

Одним из важных преимуществ NANOSPRESSO является то, что не требуется разрабатывать совершенно новую систему лечения для каждого заболевания. Все нуклеиновые кислоты имеют одинаковую базовую структуру молекул, поэтому препараты на основе нуклеиновых кислот различаются только последовательностью и длиной. Это означает, что один и тот же тип картриджа и системы смешивания может использоваться для множества различных лекарств, что значительно упрощает и делает более доступным создание новых методов лечения. Технология также разработана таким образом, чтобы быть достаточно простой в использовании для обученного персонала больницы, поэтому не требует участия высококвалифицированных специалистов-производителей. В целом, такой подход может облегчить пациентам по всему миру получение необходимого им персонализированного лечения, независимо от их места жительства и степени редкости заболеваний.

Но есть одна огромная проблема - стоимость. Производство препаратов на основе нуклеиновых кислот в настоящее время обходится дорого, и больницам потребуется соответствующее оборудование, а также обучение персонала по правильному использованию установок. Учёные работают над тем, чтобы сделать этот процесс более доступным и гарантировать безопасность и эффективность каждой дозы. Кроме того, правила, установленные правительствами для обеспечения безопасности лекарств, были разработаны для препаратов фабричного производства, поэтому необходимо разработать новые правила для обеспечения безопасности небольших партий лекарств, производимых в больницах. Если эти проблемы будут оперативно решены - от этого выиграют сотни миллионов пациентов больниц по всему миру.