При поддержке
Почему лекарства стоят так дорого?
Рассказывает Алина Волкова
кандидат биологических наук и научный сотрудник компании «СимургФарм» и Института вычислительной математики РАН
«Привет, спишь?»
Я ученый, но мне никто не верит. И если моим друзьям в ресторане приносят счет, то мне приносят раскраску. В школьные годы я просто обожала математику, участвовала во множестве олимпиад, турниров, математических боях. Звучит, как будто мы бились логарифмическими линейками, но нет. У некоторых еще были транспортиры.
Сейчас я уже более 5 лет занимаюсь математическим моделированием в разработке лекарств. И сегодня я хочу поделиться с вами тем, как эти две страсти — математика и биология — переплетаются в моей работе!
Так я оказалась на факультете биоинженерии и биоинформатики.
К концу школы математика мне разонравилась. Да и, честно говоря, было много мальчиков, которые разбирались в ней лучше, чем я. А если я разбиралась лучше — то переставала нравиться мальчикам.
И именно в этот момент я случайно выиграла школьную олимпиаду по биологии! Это была возможность проявить себя! Слава Богу, мальчики не заметили.
Но забыть свою первую любовь — математику — я не смогла. Иногда писала ей по ночам: „Привет, спишь?“
Кому принадлежит фраза: «Только доза делает лекарство ядом, а яд — лекарством»?
| Дальше |
| Узнать результат |
Что такое фармакодинамика?
| Дальше |
| Узнать результат |
Если у кого-то в Средневековье болела голова наутро после бала, ему стоило выпить отвар на основе:
| Дальше |
| Узнать результат |
Основа обычных таблеток — это:
| Дальше |
| Узнать результат |
Что должна сделать молекула-кандидат в кармане белка?
| Дальше |
| Узнать результат |
Ой-ой-ой. Кажется, кто-то запутался в лекарствах и должен посмотреть выступление спикера снова.
Поздравляем! Почти победа! Чтобы окончательно и бесповоротно разобраться в нефи — посмотри выступление Марии или прочти краткий текст
БРАВО! За лекарства можно не волноваться.
Ох уж это средневековое утро после бала!
Вы задумывались, почему лекарства стоят так дорого? Например, терапия против поражения белого вещества головного мозга обходится в $ 4 миллиона за одну инъекцию. Какие-то нереальные суммы! Почему так? Дело в том, что лишь одна молекула из тысяч тестируемых станет доступной в аптеках, а весь процесс разработки лекарственного препарата занимает от 10 до 15 лет.
Раньше, если у вас болела голова, вам бы пришлось пить отвратительный отвар на основе коры ивы. Ох уж это средневековое утро после бала!
Так что в сравнении с этим 10−15 лет на разработку — ерунда, но можно ли сделать ее еще быстрее? Да! И здесь на помощь приходит математическое моделирование. И именно этим я и занимаюсь!
Его главная цель — ускорить разработку лекарств и сделать ее эффективнее. Может быть, когда-нибудь мы будем получать лекарства быстрее, чем будем выпивать чашку кофе! Но пока о том, что есть сейчас.
А знаете ли вы, сколько времени потребовалось, чтобы разработать аспирин? Более 2000 лет.
Что в кармашке у молекулы?
С чего начинается разработка нового препарата? Все начинается с поиска биологической мишени. И да, мишенью она названа не случайно! Это та биологическая молекула в организме, в которую мы хотим «попасть» нашим лекарством, т. к. полагаем, что там кроется корень заболевания.
Как же нам найти эту самую мишень?
В общем, мы как детективы в мире биологии: ищем улики, распутываем сложные взаимодействия, рассматриваем все варианты (даже что убийца — садовник).
И надеемся, что в конце концов найдем наш «золотой ключик» к лечению! Как же нам попасть в самое яблочко с найденной мишенью?
Прежде чем рискнуть тестировать лекарственное средство на человеке, его тестируют в пробирке и на животных.
Тут я, конечно, трясу кулаком и говорю: «Доколе!» Защитники животных удовлетворены, можем продолжать.
Тут я, конечно, трясу кулаком и говорю: «Доколе!» Защитники животных удовлетворены, можем продолжать.
Но исследователи научились находить карманы на поверхности белка — да, у белка тоже есть карманы, надо же им где-то ключи носить, — а далее ищут кандидата, который лучше всех свяжется в кармане этой мишени. Да, у нас к кандидатам такие требования!
Главное, чтобы в кармане хорошо вязался.
Главное, чтобы в кармане хорошо вязался.
У нас есть целый арсенал «оружия»: малые молекулы, антитела, вакцины и нечто более сложное — клеточная терапия, или редактирование генов. Большинство лекарств, которые вы когда-либо принимали, это малые молекулы, основа обычных таблеток.
Так вот, следующий шаг в их разработке — это поиск и оптимизация молекул-кандидатов в будущее лекарство!
Мы можем построить сложную сеть взаимодействий между молекулами и клетками и попытаться найти то самое «бутылочное горлышко», уязвимое место болезни.
Это клеточная стенка бактерии, если мы простудились, или белок, который решил взять выходной и его просто нет, или мутация в гене.
Что же это за мишень?
Дело непростое, молекулы-кандидаты сами свои кандидатуры не выдвигают и на дебаты не ходят.
Мы можем прокладывать маршрут лекарства для детей и беременных женщин, ведь дети — это не просто маленькие взрослые! А беременные — не просто «толстые женщины», а супергерои со своей уникальной физиологией.
Адрес доставки — печень: как настроить GPS для лекарства?
Но и это еще не все, что может математическое моделирование!
Самое интересное — мы можем менять настройки модели: менять скорость трафика на дороге, размеры улиц и зданий, чтобы прогнозировать маршрут для самых разных видов животных. Например, мы можем убедиться, что наш любимый кофе безопасен для собак и они не являются «кофейными наркоманами»! Хотя есть у меня подозрения, что шпицы вечно на двойном американо.
По сути, это как GPS для вашего лекарства: вы вводите пункт назначения — например, «печень» — и модель показывает, как быстро ваше лекарство туда доберется от места введения и сколько времени там пробудет. Может, будет быстрее на 4 минуты, если где-то выйти из кровотока и пойти пешком.
Нам важно понять, как оно будет себя вести в организме: как быстро оно всосется в кровь, как будет распределено по организму, как быстро метаболизируется, т. е. «переварится» организмом, и как быстро его покинет.
Эти процессы описываются специальными математическими моделями, которые учитывают объемы органов и скорость кровотока.
Эти процессы описываются специальными математическими моделями, которые учитывают объемы органов и скорость кровотока.
Какие же ключевые вопросы задают разработчики на этом этапе?
Конечно, они хотят подтвердить, что это лекарство действительно работает.
Да, поговаривают, это важно для лекарства. Но это не всё!
Конечно, они хотят подтвердить, что это лекарство действительно работает.
Да, поговаривают, это важно для лекарства. Но это не всё!
Так что уступайте в метро Супергероям и пассажирам с Супергероями.
да, и че ты мне
сделаешь?
Даже вода может вас убить!
Но, пожалуй, самое ответственное решение на этом этапе — это подбор первой дозы для человека. Звучит просто, да?
Эта истина была известна еще 500 лет назад, когда Филипп Ауреол Теофраст Бомба́ст фон Го́генгейм — вот кого точно в школе не вызывали к доске! — в широких кругах более известный как Парацельс, сказал:
Кроме того, помните тот огромный список возможных побочных эффектов в инструкции? Когда купила таблетку от головной боли, а среди побочки там тошнота, отказ печени и, что еще хуже, — сама головная боль.
Мы с вами все слишком разные, чтобы какой-то компьютер или искусственный интеллект мог предсказать всё из них.
Как вы понимаете, виагра на крыс не действовала так, как на людей.
Ну или когда ученые выключали свет и уходили из лаборатории, то в клетках можно было услышать: «Привет! Спишь?»
Ну или когда ученые выключали свет и уходили из лаборатории, то в клетках можно было услышать: «Привет! Спишь?»
«Всё есть яд, и всё есть лекарство. Только доза делает лекарство ядом, а яд — лекарством»
Но бывает и наоборот, в процессе клинических испытаний, тестируя лекарства на людях, мы открываем удивительные полезные свойства лекарственных средств, которые не обнаружены на животных. Так, например, было в случае с виагрой.
Даже вода, если ее выпить слишком много, может убить вас, а много — это всего 7 литров за раз.
Но, к сожалению, недавно ученые выяснили, что человек — это не большая мышь, и нам важно учитывать не просто разницу в размере тела, но и разницу в физиологии между организмами. А нужны ли вообще клинические испытания на людях? Безусловно, да. И подбор дозы здесь — ключевой момент.
Казалось бы, мышь весит 200 г, человек — 70 кг. Значит, доза должна быть в 350 раз больше!
Здоровый сон
ага, логично
Диарея
*кот в мешке*
Отвалится хвост
Не болит голова
Одна доза от «Ничего не почувствовал» до «Ой! Ноги отнялись»
В процессе клинических испытаний нужно разобраться с двумя основными вопросами: как лекарство влияет на организм и как организм влияет на лекарство. Такие взаимозависимые отношения между фармакокинетикой и фармакодинамикой.
Согласитесь, наши профили концентрации в крови будут различаться — хотя бы из-за банальной разницы в размере тела! И если я упаду в обморок, потому что в моем организме лекарства будет слишком много, то Дуэйн Скала Джонсон, наоборот, продолжит тренировку, ну максимум скажет: «Хм, голова. А ведь сегодня день ног».
Вторая часть взаимозависимых отношений — это то, как лекарство влияет на организм.
В случае аспирина организм ответит нам, снизив температуру или начав танцевать из-за уменьшения головной боли.
Таким образом мы можем выстроить взаимосвязь между концентрацией препарата и его эффектом.
В случае аспирина организм ответит нам, снизив температуру или начав танцевать из-за уменьшения головной боли.
Таким образом мы можем выстроить взаимосвязь между концентрацией препарата и его эффектом.
А может, эффективнее вместо таблетки делать укол?
Так и определяют оптимальную дозу — ту самую золотую середину между «Ничего не почувствовал» и «Ой! Ноги отнялись».
Так и определяют оптимальную дозу — ту самую золотую середину между «Ничего не почувствовал» и «Ой! Ноги отнялись».
фармакодинамика
фармакокинетика
Что нам это позволяет делать? О, на самом деле очень много всего.
Какая доза лучше: 100 мг или 200 мг? А как будет эффективнее давать препарат: 2 раза в день по 100 мг или 1 раз в день, но 200 мг?
Какая доза лучше: 100 мг или 200 мг? А как будет эффективнее давать препарат: 2 раза в день по 100 мг или 1 раз в день, но 200 мг?
Представьте, что мы дали одну и ту же таблетку мне и, скажем, Дуэйну Скале Джонсону, ну или Николаю Валуеву, импортозамещение все-таки…
Если организм много пьет и курит, то он негативно влияет на лекарство! А если серьезно, нам нужно измерить концентрацию препарата в различные моменты времени.
Так как организм может влиять на лекарство?
— Так, запишем! И в следующий раз добавим коры ивы
— Да, голова прошла, но что-то я ничего не вижу
— Коллега, добавил в этот настой кору дуба, голова прошла?
Получается, что у нас есть мощная статистика, чтобы заявить: «Смотрите, наш препарат — это тот самый, в блестках!»
И именно мы решаем, какие тренды будут в этом сезоне. Какие цвета носить и какие обезболивающие пить!
И именно мы решаем, какие тренды будут в этом сезоне. Какие цвета носить и какие обезболивающие пить!
Кто же все-таки королева бала?
А мы, те, кто скажет вам, сколько для этого нужно принять таблеток.
Таким образом, мы не только решаем сложные уравнения, но и вносим свой вклад в создание более здорового мира!
Таким образом, мы не только решаем сложные уравнения, но и вносим свой вклад в создание более здорового мира!
Согласитесь, не самый надежный подход. В нашей компании мы активно участвуем в разработке лекарственных препаратов для лечения онкологии, аутоиммунных заболеваний, атеросклероза, диабета 1 и 2 типа и других заболеваний. Что их всех объединяет? То, что все их можно победить!
Без математических моделей мы бы, вероятно, продолжали разрабатывать лекарства методом проб и ошибок. Представьте себе:
И это еще не весь спектр того, что может математическое моделирование. На протяжении всего процесса разработки лекарственного препарата собирается огромное количество разрозненных данных, а мы преобразуем их в настоящие знания!
Ответить на все эти вопросы позволяют специальные математические модели, которые объединяют результаты многих клинических испытаний, позволяют определить взвешенное среднее эффекта и ответить на вопрос: а кто же все-таки королева бала?
Допустим, наш препарат действительно работает и мы подобрали для него оптимальную дозировку. Однако этого недостаточно для его массового производства и продажи.
Представьте себе: на рынке уже существует множество препаратов против того же заболевания. Это как вечеринка, где все девушки пришли в одинаковых костюмах — а нам нужно выделиться!
Такие модели — вершина доказательной медицины.
Рок-звезды российской науки
При поддержке
В спецпроекте использованы мемы и изображения из платных и свободных источников (Freepik. Joshua Sukoff, MDV Edwards, PeopleImages.com — Yuri A, Ivor Strelar, Prostock-studio, Julia Ardaran, lyuba. smith/Shutterstock, Unsplash), а также кадры из фильмов «Спанч Боб» (1999, Nickelodeon Animation Studio. Режиссер: Дерек Драймон (1999—2002), Винсент Уоллер (2005—2015), Шерм Коэн (1999—2006, с 2015), Клинт Бонд (2006—2013), Так Такер (2007—2012), Дэйв Каннингэм (c 2015), Адам Палоян (2016—2019), Боб Кэмп (2020), Винсент Уоллер и Марк Чеккарелли (с 2020), Ян Васкес (с 2022), «Флэш» (2023, Warner Bros. Pictures, DC Studios, Double Dream, The Disco Factory. Режиссер — Энди Мускетти), «Дрянные девчонки» (2004, Broadway Video, Paramount Pictures. Режиссер— Марк Уотерс), «Пятый элемент» (1997, Gaumont, Columbia Pictures, Pinewood Studios. Режиссер— Люк Бессон), «Джентельмены предпочитают блондинок» (1953, 20th Century Fox. Режиссер— Говард Хоукс)