Тесты на животных - это прошлое, «человек-на-чипе» - это будущее
Фармацевтическая промышленность стоит на грани очередной революции, в основе которой - новая технология доклинических испытаний. Сегодня, по оценкам экспертов, для токсикологических испытаний в мире используется более 100 млн. экспериментальных животных каждый год, а общий объем финансирования таких исследований составляет около 2 млрд. долл. Однако результаты, полученные на лабораторных животных, могут быть «перенесены» на человека лишь с определенной долей условности.
Сейчас пришло время для революционных преобразований в системе скрининга потенциально эффективных лекарственных средств. «Человек на чипе» может стать основой технологической платформы для массовой высокопроизводительной оценки токсичности новых химических субстанций». Устройство, созданное «БиоКлиникум», предназначено для доклинических испытаний in vitro. Микробиореактор «Гомункулус» - миниатюрная модель человека, в которой культивируются клетки разных тканей. Эта разработка российских ученых - шаг к внедрению тест-систем, позволяющих исследовать действие лекарств сразу на нескольких клеточных культурах, в условиях, приближенных к человеческому организму. С его помощью можно будет отсечь заведомо токсичные субстанции и не допускать их до тестирования на животных, а с другой стороны - не пропустить что-то ценное и полезное для людей, упрятанное в массиве из тех самых пяти тысяч кандидатов, с которых компании начинают скрининг.
_________________________________
Прежде чем выйти на рынок или быть испытанным на человеке, любое вещество, будь то лекарственный препарат или косметическое средство, должно пройти тестирование. В связи со вступлением в силу в странах Европейского Союза новых законов, запрещающих проводить такие тесты на животных, возникает вопрос: кто или что может адекватно их заменить, например, в доклинических исследованиях.
До недавних пор существовало два основных подхода к доклиническим испытаниям: клеточные технологии и испытания на животных. В настоящее время все лекарственные средства сначала проходят испытания на клеточных культурах, далее - на животных, и только после этого на человеке.
В чем недостаток клеточных технологий? Все-таки они дают несистемный ответ. Тестируют только один или в лучшем случае два типа клеток одновременно и смотрят, как эти клетки реагируют на лекарственные вещества - оценивают токсичность, в некоторых случаях - снижение пролиферативной активности, влияние на дифференциацию, другие факторы.
Второй поход - это испытания на животных. Да, у животных ответ системный. Если мы вводим какое-то вещество, скажем, перорально, оно попадает сначала в кишечник, всасывается через стенки кишечника, как-то перерабатывается, потом попадает в кровоток, после этого попадает в печень, где подвергается действию ферментов печени. Идет метаболизм, и могут образоваться токсичные продукты. Но здесь проблема в том, что вещества, которые успешно испытывают на животных, работают на человеке не всегда. Исходно начинают с большого числа веществ, первую стадию проходят 10 процентов, дальше остается один процент, и в конце концов из 10 тысяч кандидатных препаратов на рынок выходит одно вещество. В результате испытания на животных обходятся очень дорого. Известно, что сейчас вывести вещество на рынок стоит несколько миллиардов долларов, а от начала испытаний до выхода вещества в качестве лекарственного препарата проходит до 15-20 лет.
Для чего это нужно?
Человеческое тело содержит 1014 клеток, но разновидностей их не так много - всего двести. С человеческими клетками и монокультурами работают уже не один десяток лет, и эти двести типов изучены довольно хорошо. Так почему бы не создать модели для тестирования из человеческих клеток, ведь лекарства и различные вещества воздействуют именно на них? Плохо клеткам - плохо организму.
Эта мысль, казалось бы, вполне очевидная, совсем недавно перешла в плоскость практических работ. Видимо, ужесточение законодательства во многих странах и разного рода запреты исследований на животных сыграли роль катализатора.
Наиболее перспективными здесь являются уже общепризнанные биочиповые технологии, которые можно объединить под названием «лаборатория-на-чипе» или «человек-на-чипе». Речь идёт об устройствах - микробиореакторах, в которых функционируют миниатюрные клеточные модели различных органов и тканей человеческого тела. Они взаимосвязаны друг с другом через сеть микроканалов - аналогов кровеносных сосудов. То есть, испытывая токсичность того или иного вещества на уменьшенной модели, можно получить информацию о его влиянии на реальный человеческий организм.
Такой подход к решению проблемы доклинических исследований не только может поднять уровень эффективности и прогнозирования для человека, - у него есть шансы существенно снизить риски побочных эффектов и значительно сократить, если не ликвидировать вообще, количество животных, приносимых в жертву фармацевтике и косметологии.
Разработкой технологии «человек-на-чипе» занимаются научно-исследовательские группы в Европе, США и России. Молодая российская компания Научно-технический центр «БиоКлиникум», входящая в европейский консорциум AXLR8, уже добилась успехов в области биочиповых разработок.
Многие ученые уверены в том, что именно микробиореакторы будут заменой мышам, потому что это и клетки человека, не мышиные, и системный ответ, и можно смотреть сразу на нескольких моделях. На основе «человека-на-чипе» можно одновременно сделать большое число моделей, и нет никакой потребности в животных.
Оказывается, подобные системы in vitro очень даже востребованы. Много говорится о том, что эксперименты на лабораторных животных неэтичны. Но, даже если не принимать в расчет этот аргумент, часто оказывается, что новый лекарственный препарат, который замечательно зарекомендовал себя в доклинических испытаниях на морских свинках или подопытных мышах, в клинических испытаниях приводит к драматическим результатам. Даже тесты на шимпанзе, чей геном отличается от человеческого всего лишь на 1%, не дают 100%-ного предсказания, как поведет себя лекарственный препарат или иное химическое вещество в организме человека. Подтверждение тому - трагедия «Человек-слон» и похожие на нее. Этот факт (как и все аналогичные, впрочем) шокировал в 2006 году не только жителей Лондона, но и всю мировую общественность.
Шесть абсолютно здоровых молодых людей, участвовавших в клинических испытаниях нового лекарства от аутоиммунных заболеваний и лейкоза (препарат anti CD28 TGN1412), оказались в реанимации с неведомыми доселе медикам симптомами аллергии, более выраженными, чем при отеке Квинке, и получившими тогда собирательное название «человек-слон».
13 марта 2006 г. в клинику «Норвик Патрик» прибыли восемь добровольцев, давших согласие на участие в клиническом испытании нового лекарства немецкой компании «TeGenero». Это был препарат TGN1412 на основе моноклональных антител, предназначенный для лечения лейкемии и аутоиммунных заболеваний - ревматоидного артрита и рассеянного склероза. Принцип его действия - контроль над функционированием иммунной системы и подавление воспаления.
Согласно протоколу испытаний, двум добровольцам ввели плацебо, то есть пустышку, а шестерым - одну пятисотую дозы (в пересчете на килограмм массы тела), которую успешно испытывали на животных во время доклинических испытаний. Уже через час испытуемые почувствовали себя плохо: приступы удушья, рвота, жар, головная и мышечная боль. Участники эксперимента начали терять сознание. Двое добровольцев погрузились в кому, четверо были в тяжелейшем критическом состоянии. С такой картиной врачи еще не сталкивались: у всех добровольцев стремительно развилась мультиорганная недостаточность, которую вызвало резко начавшееся воспаление, охватившее все внутренние органы и ткани. Препарат, созданный для того, чтобы снимать воспаление, сработал с точностью до наоборот. Клетки стали стремительно набирать воду, забирая ее из крови. Тяжелейшие отеки тканей развивались буквально на глазах, изменяя участников эксперимента до неузнаваемости. У одного из добровольцев голова раздулась, как шар, вот почему британские журналисты окрестили его «человеком-слоном».
К счастью, участников эксперимента удалось спасти, но их здоровью был нанесен серьезный урон. Что же произошло? Несколько лет этот случай расследовали компания- разработчик, в конце концов разорившаяся, и внешние независимые эксперты. Доклинические исследования были выполнены по всем правилам на множестве разных животных - мышах, кроликах, собаках, обезьянах. И во всех случаях они не дали ни одного отрицательного результата. Правда, отступление от протокола все-таки было: лекарство ввели всем шестерым добровольцам одновременно, хотя полагалось с интервалом в два часа. Не отклонись врачи от правил, беда случилась бы только с одним участником эксперимента, потому что первые страшные симптомы начали проявляться уже через час.
Выяснили и то, почему на людей препарат подействовал не так, как на животных. Оказалось, что организм человека содержит некую субпопуляцию иммунных клеток со специфическими рецепторами, которых не было у животных, участвовавших в испытании лекарства. Предвидеть этого никто не мог. Камилло Колако, главный научный сотрудник британской компании «Immunology Ltd.», заметил по поводу этой трагедии: «Чем больше мы узнаем об иммунной системе человека, тем лучше мы понимаем, что мышь не может служить прототипом человека».
Установлено, что, проводя испытания на грызунах, можно точно предсказать будущую токсичность фармацевтических средств для человека лишь в 40-45% случаев. Для более затратных моделей с использованием в качестве объекта исследований обезьян или свиней, этот показатель не превышает 65%.
Поэтому тестирование на животных бессмысленно: у мышек, свиней и приматов может просто не оказаться целевых человеческих рецепторов.
Между тем токсикологические испытания химических веществ и доклинические испытания новых лекарственных препаратов проводили и проводят на животных - мышах, кроликах, собаках свиньях, обезьянах. Их приносят в жертву миллионами! И каждый год их требуется все больше.
Конечно, этих животных специально разводят и выращивают, а не отлавливают в природе, но от этого не легче. Вот что рассказывал биолог Александр Ермаков («Химия и жизнь», 2005, № 11): «В первую неделю моей работы в Великобритании я с удивлением заметил, что как только на улице или в автобусе начинаешь говорить с коллегами о науке, они моментально умолкают и показывают жестами, что я должен быть осторожнее. Потом я узнал, что они всерьез опасаются активистов прав животных». Сегодня на Западе общества защиты животных - вполне авторитетные организации, которые лоббируют законы о минимизации мучений для подопытных животных, о недопустимости «острых» экспериментов с такими умными существами, как высшие приматы или осьминоги. Иногда эта деятельность проявляет себя в уродливых формах экотерроризма, в том числе и у нас в России, что наносит урон репутации нормальных, не являющихся противниками науки, зоозащитников.
И еще одна проблема - дороговизна. Доклинические испытания обходятся в круглую сумму, от одного до десяти миллионов долларов на один препарат. Причем расходы на разработку новых лекарств неуклонно растут, а сам процесс сегодня выглядит как пирамида с широким основанием. Скажем, компания создает пять тысяч новых субстанций. Их тщательно тестируют и отбирают на доклинические испытания только 500. Лишь пять из них успешно проходят испытания и отправляются на клинические исследования. На выходе - один-два новых препарата, которые можно выводить на рынок. На это уходит в среднем 15 лет. И все расходы, разумеется, отразятся на стоимости лекарств в аптеках. Если в 1997 году американские фармкомпании потратили 15 млрд. долларов, то в 2010-м затраты на разработку выросли до 70 млрд. долларов, при этом количество новых препаратов, измеряемых двумя-тремя десятками в год, не увеличилось. Расходы от этапа к этапу растут в геометрической прогрессии, а вывести препарат на рынок - это и вовсе огромные деньги. Компании осторожничают. Не дай бог у нового лекарства, поступившего в аптеки, обнаружатся опасные побочные эффекты. Именно это произошло с препаратом от ожирения «Липобэй» («Байер») в 2001 году и с обезболивающим «Виокс» («Мерк») в 2004-м. Лекарства пришлось срочно отзывать из аптек, снимать с производства, платить огромные штрафы, отступные, не говоря уже о плохо восполнимых репутационных потерях.
История разработки
Первые публикации, в которых выдвигается идея объединить несколько типов клеток человека на каких-то устройствах (назовем их чипами), чтобы смоделировать, скажем, печень или другие органы, появляются уже в 2007 году (Уве Маркс. «Тестирование лекарств in vitro», издательство «Вилей» («Wiley-VCH Verlag»), Германия, 2007 г.).В бурлящем потоке идей постепенно выкристаллизовывается новая задача: объединить на одном чипе клетки, моделирующие разные органы человека, то есть создать мультиорганный чип, или «человека на чипе». Первыми за разработку этой идеи в 2008 году берется Уве Маркс со своей командой (компания «TissUse») и Роланд Лаустер из Института биотехнологии в Берлине, умеющие работать с клеточными культурами. К ним присоединяется Франк Зонтаг из Института Фраунгофера в Дрездене с хорошей группой инженеров, чтобы идеи можно было воплотить в устройстве.
Цель проекта «Человек на чипе» - создать первый в России in vitro тест для проведения доклинических исследований. Его разработка ускорит поиск перспективных фармацевтических веществ, позволит проводить чисто научные исследования, избавит от мучений и смертей миллионы лабораторных животных.
Идея изящна и проста: создавать клеточные модели человеческих органов, объединив их системой микроканалов в портативном приборе (чипе), чтобы на них потом тестировать фармацевтические препараты, химические соединения, входящие в состав косметических средств, продуктов питания и других веществ, с которыми мы контактируем каждый день.
Косметические фирмы отказываются от использования животных для тестирования своих новинок прежде всего потому, что коммерческие тест-системы с культурой клеток кожи человека - более адекватная модель для оценки воздействия химических веществ.
Кому это нужно?
Генеральный директор НТЦ «БиоКлиникум», кандидат биологических наук, выпускник химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Дмитрий Сахаров в интервью поясняет:
- Да, в Европе пришли к пониманию, что помимо неэтичности таких испытаний, результаты этих экспериментов не всегда в полной мере можно перенести на организм человека, особенно что касается лекарственных препаратов.
В 2009 году в Евросоюзе вышла директива о запрете тестирования острой токсичности на животных и был дан трёх-четырёхлетний период для перехода на новые клеточные модели, в том числе и микробиотехнологии. Было объявлено большое количество грантов на поиск этих моделей. Сейчас запрет касается не только тестирований на животных в пределах Евросоюза, но запрещено также использовать компоненты, протестированные на животных за границей Евросоюза, скажем в Индии.
Сейчас запрет вступил в силу и касается только косметики. Разумеется, закон обратной силы не имеет, и всё, что вышло до марта 2013 года, на рынке останется, но новые косметические средства смогут попасть в продажу только без участия в их испытаниях животных. Например, на вооружении некоторых европейских компаний уже есть некоторые микромодели - это модель кожи, глаза.
Что касается фармацевтического рынка, то тут тоже идёт движение к созданию in vitro моделей, но они пока не легализованы и не обладают необходимой документацией для массового использования. Каждая компания использует какие-то свои наработки, коммерчески доступные in vitro тесты на клетках, на 3D-культурах и даже сокультивирование клеток. Но в официальной разрешающей документации они идут как дополнительные. Здесь введение запрета продвигается значительно медленнее, поскольку и рынок существенно больше, и он слишком консервативен, да и риск для потребителя значительно выше.
- Возможности применения микробиореактора «Гомункулус» очень широкие. Например, с использованием таких клеточных моделей можно разрабатывать фармпрепараты, исследовать их влияние на организм и многое другое. До появления подобного устройства эти задачи решались только в экспериментах на лабораторных животных. Однако действие фармсредств и их токсичность у человека и животных могут быть различными. Скажем, новое лекарство для лечения сахарного диабета, троглитазон, пришлось изъять из продажи из-за побочного воздействия на клетки печени (гепатотоксичность), которое не удалось обнаружить при исследованиях на животных. В результате были случаи гибели пациентов от острого повреждения печени, а также развития гепатитов. Стоит ли говорить, что компания, поставившая препарат на рынок, понесла значительные финансовые потери.
Между тем, как показали совместные исследования с нашим зарубежным партнером - Берлинским техническим университетом, токсичность препарата четко устанавливается в процессе тестирования на нашем приборе. В этом его уникальность: он способен оценить влияние лекарства на органы и ткани человека. И еще одно очень важное преимущество. При разработке новых лекарственных средств впервые появляется возможность значительно уменьшить использование лабораторных животных. Это своего рода революция. В прошлом году Минздрав дал разрешение на 650 клинических исследований новых препаратов. Это значит, что изначально их было порядка 5-6 тысяч. И все эти вещества нужно было протестировать на животных. А ведь российский рынок создания лекарств невелик. В Европе и США он на порядок больше. И чтобы проверить безопасность одного препарата, нужно от 5 до 20 тысяч лабораторных животных. Теперь их количество будет постепенно сокращаться.
- Уже сегодня прибор может быть успешно использован при создании новых косметологических продуктов. В европейской косметической промышленности тесты на животных полностью запрещены, и нарушители этого требования не могут вывести свой товар на рынок. Наш прибор позволяет оценить безопасность косметических продуктов для человека, а также предоставить уникальные данные об их влиянии на клетки кожи на молекулярном уровне. Мы уверены: технология ускорит продвижение новинок на рынок, сделает их более безопасными и дешевыми.
При написании статьи использованы следующие источники:
http://www.ng.ru/science/2012-10-10/11_homunculus.html
http://hij.ru/read/issues/2012/december/1810/
http://medportal.ru/mednovosti/main/2012/12/28/homunculus/
http://polit.ru/article/2013/04/23/ps_human_on_chip/
http://polit.ru/article/2013/04/23/ps_sakharov2/
http://www.gazeta.ru/health/2013/04/19_a_5261837.shtml
http://www.vechnayamolodost.ru/pages/biomedicin/kakrabgomb4.html
Сейчас пришло время для революционных преобразований в системе скрининга потенциально эффективных лекарственных средств. «Человек на чипе» может стать основой технологической платформы для массовой высокопроизводительной оценки токсичности новых химических субстанций». Устройство, созданное «БиоКлиникум», предназначено для доклинических испытаний in vitro. Микробиореактор «Гомункулус» - миниатюрная модель человека, в которой культивируются клетки разных тканей. Эта разработка российских ученых - шаг к внедрению тест-систем, позволяющих исследовать действие лекарств сразу на нескольких клеточных культурах, в условиях, приближенных к человеческому организму. С его помощью можно будет отсечь заведомо токсичные субстанции и не допускать их до тестирования на животных, а с другой стороны - не пропустить что-то ценное и полезное для людей, упрятанное в массиве из тех самых пяти тысяч кандидатов, с которых компании начинают скрининг.
_________________________________
Прежде чем выйти на рынок или быть испытанным на человеке, любое вещество, будь то лекарственный препарат или косметическое средство, должно пройти тестирование. В связи со вступлением в силу в странах Европейского Союза новых законов, запрещающих проводить такие тесты на животных, возникает вопрос: кто или что может адекватно их заменить, например, в доклинических исследованиях.
До недавних пор существовало два основных подхода к доклиническим испытаниям: клеточные технологии и испытания на животных. В настоящее время все лекарственные средства сначала проходят испытания на клеточных культурах, далее - на животных, и только после этого на человеке.
В чем недостаток клеточных технологий? Все-таки они дают несистемный ответ. Тестируют только один или в лучшем случае два типа клеток одновременно и смотрят, как эти клетки реагируют на лекарственные вещества - оценивают токсичность, в некоторых случаях - снижение пролиферативной активности, влияние на дифференциацию, другие факторы.
Второй поход - это испытания на животных. Да, у животных ответ системный. Если мы вводим какое-то вещество, скажем, перорально, оно попадает сначала в кишечник, всасывается через стенки кишечника, как-то перерабатывается, потом попадает в кровоток, после этого попадает в печень, где подвергается действию ферментов печени. Идет метаболизм, и могут образоваться токсичные продукты. Но здесь проблема в том, что вещества, которые успешно испытывают на животных, работают на человеке не всегда. Исходно начинают с большого числа веществ, первую стадию проходят 10 процентов, дальше остается один процент, и в конце концов из 10 тысяч кандидатных препаратов на рынок выходит одно вещество. В результате испытания на животных обходятся очень дорого. Известно, что сейчас вывести вещество на рынок стоит несколько миллиардов долларов, а от начала испытаний до выхода вещества в качестве лекарственного препарата проходит до 15-20 лет.
Для чего это нужно?
Человеческое тело содержит 1014 клеток, но разновидностей их не так много - всего двести. С человеческими клетками и монокультурами работают уже не один десяток лет, и эти двести типов изучены довольно хорошо. Так почему бы не создать модели для тестирования из человеческих клеток, ведь лекарства и различные вещества воздействуют именно на них? Плохо клеткам - плохо организму.
Эта мысль, казалось бы, вполне очевидная, совсем недавно перешла в плоскость практических работ. Видимо, ужесточение законодательства во многих странах и разного рода запреты исследований на животных сыграли роль катализатора.
Наиболее перспективными здесь являются уже общепризнанные биочиповые технологии, которые можно объединить под названием «лаборатория-на-чипе» или «человек-на-чипе». Речь идёт об устройствах - микробиореакторах, в которых функционируют миниатюрные клеточные модели различных органов и тканей человеческого тела. Они взаимосвязаны друг с другом через сеть микроканалов - аналогов кровеносных сосудов. То есть, испытывая токсичность того или иного вещества на уменьшенной модели, можно получить информацию о его влиянии на реальный человеческий организм.
Такой подход к решению проблемы доклинических исследований не только может поднять уровень эффективности и прогнозирования для человека, - у него есть шансы существенно снизить риски побочных эффектов и значительно сократить, если не ликвидировать вообще, количество животных, приносимых в жертву фармацевтике и косметологии.
Разработкой технологии «человек-на-чипе» занимаются научно-исследовательские группы в Европе, США и России. Молодая российская компания Научно-технический центр «БиоКлиникум», входящая в европейский консорциум AXLR8, уже добилась успехов в области биочиповых разработок.
Многие ученые уверены в том, что именно микробиореакторы будут заменой мышам, потому что это и клетки человека, не мышиные, и системный ответ, и можно смотреть сразу на нескольких моделях. На основе «человека-на-чипе» можно одновременно сделать большое число моделей, и нет никакой потребности в животных.
Оказывается, подобные системы in vitro очень даже востребованы. Много говорится о том, что эксперименты на лабораторных животных неэтичны. Но, даже если не принимать в расчет этот аргумент, часто оказывается, что новый лекарственный препарат, который замечательно зарекомендовал себя в доклинических испытаниях на морских свинках или подопытных мышах, в клинических испытаниях приводит к драматическим результатам. Даже тесты на шимпанзе, чей геном отличается от человеческого всего лишь на 1%, не дают 100%-ного предсказания, как поведет себя лекарственный препарат или иное химическое вещество в организме человека. Подтверждение тому - трагедия «Человек-слон» и похожие на нее. Этот факт (как и все аналогичные, впрочем) шокировал в 2006 году не только жителей Лондона, но и всю мировую общественность.
Шесть абсолютно здоровых молодых людей, участвовавших в клинических испытаниях нового лекарства от аутоиммунных заболеваний и лейкоза (препарат anti CD28 TGN1412), оказались в реанимации с неведомыми доселе медикам симптомами аллергии, более выраженными, чем при отеке Квинке, и получившими тогда собирательное название «человек-слон».
13 марта 2006 г. в клинику «Норвик Патрик» прибыли восемь добровольцев, давших согласие на участие в клиническом испытании нового лекарства немецкой компании «TeGenero». Это был препарат TGN1412 на основе моноклональных антител, предназначенный для лечения лейкемии и аутоиммунных заболеваний - ревматоидного артрита и рассеянного склероза. Принцип его действия - контроль над функционированием иммунной системы и подавление воспаления.
Согласно протоколу испытаний, двум добровольцам ввели плацебо, то есть пустышку, а шестерым - одну пятисотую дозы (в пересчете на килограмм массы тела), которую успешно испытывали на животных во время доклинических испытаний. Уже через час испытуемые почувствовали себя плохо: приступы удушья, рвота, жар, головная и мышечная боль. Участники эксперимента начали терять сознание. Двое добровольцев погрузились в кому, четверо были в тяжелейшем критическом состоянии. С такой картиной врачи еще не сталкивались: у всех добровольцев стремительно развилась мультиорганная недостаточность, которую вызвало резко начавшееся воспаление, охватившее все внутренние органы и ткани. Препарат, созданный для того, чтобы снимать воспаление, сработал с точностью до наоборот. Клетки стали стремительно набирать воду, забирая ее из крови. Тяжелейшие отеки тканей развивались буквально на глазах, изменяя участников эксперимента до неузнаваемости. У одного из добровольцев голова раздулась, как шар, вот почему британские журналисты окрестили его «человеком-слоном».
К счастью, участников эксперимента удалось спасти, но их здоровью был нанесен серьезный урон. Что же произошло? Несколько лет этот случай расследовали компания- разработчик, в конце концов разорившаяся, и внешние независимые эксперты. Доклинические исследования были выполнены по всем правилам на множестве разных животных - мышах, кроликах, собаках, обезьянах. И во всех случаях они не дали ни одного отрицательного результата. Правда, отступление от протокола все-таки было: лекарство ввели всем шестерым добровольцам одновременно, хотя полагалось с интервалом в два часа. Не отклонись врачи от правил, беда случилась бы только с одним участником эксперимента, потому что первые страшные симптомы начали проявляться уже через час.
Выяснили и то, почему на людей препарат подействовал не так, как на животных. Оказалось, что организм человека содержит некую субпопуляцию иммунных клеток со специфическими рецепторами, которых не было у животных, участвовавших в испытании лекарства. Предвидеть этого никто не мог. Камилло Колако, главный научный сотрудник британской компании «Immunology Ltd.», заметил по поводу этой трагедии: «Чем больше мы узнаем об иммунной системе человека, тем лучше мы понимаем, что мышь не может служить прототипом человека».
Установлено, что, проводя испытания на грызунах, можно точно предсказать будущую токсичность фармацевтических средств для человека лишь в 40-45% случаев. Для более затратных моделей с использованием в качестве объекта исследований обезьян или свиней, этот показатель не превышает 65%.
Поэтому тестирование на животных бессмысленно: у мышек, свиней и приматов может просто не оказаться целевых человеческих рецепторов.
Между тем токсикологические испытания химических веществ и доклинические испытания новых лекарственных препаратов проводили и проводят на животных - мышах, кроликах, собаках свиньях, обезьянах. Их приносят в жертву миллионами! И каждый год их требуется все больше.
Конечно, этих животных специально разводят и выращивают, а не отлавливают в природе, но от этого не легче. Вот что рассказывал биолог Александр Ермаков («Химия и жизнь», 2005, № 11): «В первую неделю моей работы в Великобритании я с удивлением заметил, что как только на улице или в автобусе начинаешь говорить с коллегами о науке, они моментально умолкают и показывают жестами, что я должен быть осторожнее. Потом я узнал, что они всерьез опасаются активистов прав животных». Сегодня на Западе общества защиты животных - вполне авторитетные организации, которые лоббируют законы о минимизации мучений для подопытных животных, о недопустимости «острых» экспериментов с такими умными существами, как высшие приматы или осьминоги. Иногда эта деятельность проявляет себя в уродливых формах экотерроризма, в том числе и у нас в России, что наносит урон репутации нормальных, не являющихся противниками науки, зоозащитников.
И еще одна проблема - дороговизна. Доклинические испытания обходятся в круглую сумму, от одного до десяти миллионов долларов на один препарат. Причем расходы на разработку новых лекарств неуклонно растут, а сам процесс сегодня выглядит как пирамида с широким основанием. Скажем, компания создает пять тысяч новых субстанций. Их тщательно тестируют и отбирают на доклинические испытания только 500. Лишь пять из них успешно проходят испытания и отправляются на клинические исследования. На выходе - один-два новых препарата, которые можно выводить на рынок. На это уходит в среднем 15 лет. И все расходы, разумеется, отразятся на стоимости лекарств в аптеках. Если в 1997 году американские фармкомпании потратили 15 млрд. долларов, то в 2010-м затраты на разработку выросли до 70 млрд. долларов, при этом количество новых препаратов, измеряемых двумя-тремя десятками в год, не увеличилось. Расходы от этапа к этапу растут в геометрической прогрессии, а вывести препарат на рынок - это и вовсе огромные деньги. Компании осторожничают. Не дай бог у нового лекарства, поступившего в аптеки, обнаружатся опасные побочные эффекты. Именно это произошло с препаратом от ожирения «Липобэй» («Байер») в 2001 году и с обезболивающим «Виокс» («Мерк») в 2004-м. Лекарства пришлось срочно отзывать из аптек, снимать с производства, платить огромные штрафы, отступные, не говоря уже о плохо восполнимых репутационных потерях.
История разработки
Первые публикации, в которых выдвигается идея объединить несколько типов клеток человека на каких-то устройствах (назовем их чипами), чтобы смоделировать, скажем, печень или другие органы, появляются уже в 2007 году (Уве Маркс. «Тестирование лекарств in vitro», издательство «Вилей» («Wiley-VCH Verlag»), Германия, 2007 г.).В бурлящем потоке идей постепенно выкристаллизовывается новая задача: объединить на одном чипе клетки, моделирующие разные органы человека, то есть создать мультиорганный чип, или «человека на чипе». Первыми за разработку этой идеи в 2008 году берется Уве Маркс со своей командой (компания «TissUse») и Роланд Лаустер из Института биотехнологии в Берлине, умеющие работать с клеточными культурами. К ним присоединяется Франк Зонтаг из Института Фраунгофера в Дрездене с хорошей группой инженеров, чтобы идеи можно было воплотить в устройстве.
Цель проекта «Человек на чипе» - создать первый в России in vitro тест для проведения доклинических исследований. Его разработка ускорит поиск перспективных фармацевтических веществ, позволит проводить чисто научные исследования, избавит от мучений и смертей миллионы лабораторных животных.
Идея изящна и проста: создавать клеточные модели человеческих органов, объединив их системой микроканалов в портативном приборе (чипе), чтобы на них потом тестировать фармацевтические препараты, химические соединения, входящие в состав косметических средств, продуктов питания и других веществ, с которыми мы контактируем каждый день.
Косметические фирмы отказываются от использования животных для тестирования своих новинок прежде всего потому, что коммерческие тест-системы с культурой клеток кожи человека - более адекватная модель для оценки воздействия химических веществ.
Кому это нужно?
Генеральный директор НТЦ «БиоКлиникум», кандидат биологических наук, выпускник химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Дмитрий Сахаров в интервью поясняет:
- Да, в Европе пришли к пониманию, что помимо неэтичности таких испытаний, результаты этих экспериментов не всегда в полной мере можно перенести на организм человека, особенно что касается лекарственных препаратов.
В 2009 году в Евросоюзе вышла директива о запрете тестирования острой токсичности на животных и был дан трёх-четырёхлетний период для перехода на новые клеточные модели, в том числе и микробиотехнологии. Было объявлено большое количество грантов на поиск этих моделей. Сейчас запрет касается не только тестирований на животных в пределах Евросоюза, но запрещено также использовать компоненты, протестированные на животных за границей Евросоюза, скажем в Индии.
Сейчас запрет вступил в силу и касается только косметики. Разумеется, закон обратной силы не имеет, и всё, что вышло до марта 2013 года, на рынке останется, но новые косметические средства смогут попасть в продажу только без участия в их испытаниях животных. Например, на вооружении некоторых европейских компаний уже есть некоторые микромодели - это модель кожи, глаза.
Что касается фармацевтического рынка, то тут тоже идёт движение к созданию in vitro моделей, но они пока не легализованы и не обладают необходимой документацией для массового использования. Каждая компания использует какие-то свои наработки, коммерчески доступные in vitro тесты на клетках, на 3D-культурах и даже сокультивирование клеток. Но в официальной разрешающей документации они идут как дополнительные. Здесь введение запрета продвигается значительно медленнее, поскольку и рынок существенно больше, и он слишком консервативен, да и риск для потребителя значительно выше.
- Возможности применения микробиореактора «Гомункулус» очень широкие. Например, с использованием таких клеточных моделей можно разрабатывать фармпрепараты, исследовать их влияние на организм и многое другое. До появления подобного устройства эти задачи решались только в экспериментах на лабораторных животных. Однако действие фармсредств и их токсичность у человека и животных могут быть различными. Скажем, новое лекарство для лечения сахарного диабета, троглитазон, пришлось изъять из продажи из-за побочного воздействия на клетки печени (гепатотоксичность), которое не удалось обнаружить при исследованиях на животных. В результате были случаи гибели пациентов от острого повреждения печени, а также развития гепатитов. Стоит ли говорить, что компания, поставившая препарат на рынок, понесла значительные финансовые потери.
Между тем, как показали совместные исследования с нашим зарубежным партнером - Берлинским техническим университетом, токсичность препарата четко устанавливается в процессе тестирования на нашем приборе. В этом его уникальность: он способен оценить влияние лекарства на органы и ткани человека. И еще одно очень важное преимущество. При разработке новых лекарственных средств впервые появляется возможность значительно уменьшить использование лабораторных животных. Это своего рода революция. В прошлом году Минздрав дал разрешение на 650 клинических исследований новых препаратов. Это значит, что изначально их было порядка 5-6 тысяч. И все эти вещества нужно было протестировать на животных. А ведь российский рынок создания лекарств невелик. В Европе и США он на порядок больше. И чтобы проверить безопасность одного препарата, нужно от 5 до 20 тысяч лабораторных животных. Теперь их количество будет постепенно сокращаться.
- Уже сегодня прибор может быть успешно использован при создании новых косметологических продуктов. В европейской косметической промышленности тесты на животных полностью запрещены, и нарушители этого требования не могут вывести свой товар на рынок. Наш прибор позволяет оценить безопасность косметических продуктов для человека, а также предоставить уникальные данные об их влиянии на клетки кожи на молекулярном уровне. Мы уверены: технология ускорит продвижение новинок на рынок, сделает их более безопасными и дешевыми.
При написании статьи использованы следующие источники:
http://www.ng.ru/science/2012-10-10/11_homunculus.html
http://hij.ru/read/issues/2012/december/1810/
http://medportal.ru/mednovosti/main/2012/12/28/homunculus/
http://polit.ru/article/2013/04/23/ps_human_on_chip/
http://polit.ru/article/2013/04/23/ps_sakharov2/
http://www.gazeta.ru/health/2013/04/19_a_5261837.shtml
http://www.vechnayamolodost.ru/pages/biomedicin/kakrabgomb4.html