Чем ослабляют живые противовирусные вакцины

Вакцины — иммунобиологические препараты, предназначенные для активной иммунопрофилактики, то есть для создания активной специфической невосприимчивости организма к конкретному возбудителю.

Большинство вакцин разделяют на живые, инактивированные (убитые, неживые), молекулярные (анатоксины) генно инженерные и химические; по наличию полного или неполного набора Аг — на корпускулярные и компонентные, а по способности вырабатывать невосприимчивость к одному или нескольким возбудителям — на моно- и ассоциированные.

Живые вакцины Живые вакцины — препараты из аттенуированных (ослабленных) либо генетически изменённых патогенных микроорганизмов, а также близкородственных микробов, способных индуцировать невосприимчивость к патогенному виду (в последнем случае речь идёт о так называемых дивергентных вакцинах). Поскольку все живые вакцины содержат микробные тела, то их относят к группе корпускулярных вакцинных препаратов. Иммунизация живой вакциной приводит к развитию вакцинального процесса, протекающего у большинства привитых без видимых клинических проявлений. Основное достоинство живых вакцин— полностью сохранённый набор Аг возбудителя, что обеспечивает развитие длительной невосприимчивости даже после однократной иммунизации. Живые вакцины обладают и рядом недостатков. Наиболее характерный — риск развития манифестной инфекции в результате снижения аттенуации вакцинного штамма. Подобные явления более типичны для противовирусных вакцин (например, живая полиомиелитная вакцина в редких случаях может вызвать полиомиелит вплоть до развития поражения спинного мозга и паралича). Ослабленные ( аттенуированные ) вакцины Ослабленные (аттенуированные) вакцины изготавливают из микроорганизмов с пониженной патогенностью, но выраженной иммуногенностью. Введение вакцинного штамма в организм имитирует инфекционный процесс: микроорганизм размножается, вызывая развитие иммунных реакций. Наиболее известны вакцины для профилактики сибирской язвы, бруцеллёза, Ку-лихорадки, брюшного тифа. Однако большая часть живых вакцин — противовирусные. Наиболее известны вакцина против возбудителя жёлтой лихорадки, противополи-омиелитная вакцина Сэйбина, вакцины против гриппа, кори, краснухи, паротита и аденовирусных инфекций. Дивергентные вакцины . В качестве вакцинных штаммов используют микроорганизмы, находящиеся в близком родстве с возбудителями инфекционных болезней. Аг таких микроорганизмов индуцируют иммунный ответ, перекрёстно направленный на Аг возбудителя. Наиболее известны и длительно применяются вакцина против натуральной оспы (из вируса коровьей оспы) и БЦЖ для профилактики туберкулёза (из микобактерий бычьего туберкулёза).

Тканевые вакцины в своей основе содержат какую-либо ткань животных, в которой размножался и накапливался вакцинный вирус.

Культуральные вакцины готовят из зараженных культур клеток или переживающих тканей, при этом применяют роллерный (используют вращающиеся бутыли) или суспензионный (глубинный — используют реакторы) методы культивирования клеток и тканей.

Гомологические вакцины готовят из того вида вируса, против которого предполагается создать иммунитет, например, вакцины против вирусной диареи, чумы крупного рогатого скота, бешенства и др

Гетерологические вакцины готовят из вирусов другого вида, но имеющих в своем составе сходные антигены и обладающих перекрестной иммуногенностью.

Моновалентные вакцины содержат антигены одного типа (вида) вируса.

Поливалентные вакцины (бивалентные, трехвалентные и т. д.) готовят из нескольких типов одного вируса

Смешанные вакцины представляют собой смесь вирусных и бактерийных антигенов, например, вакцина против чумы плотоядных, ботулизма и вирусного энтерита собак.

Живые вакцины содержат живые селекционированные ослабленные (аттенуированные) штаммы вирусов.

Инактивированные вакцины содержат инактивированные штаммы вирусов. Чаще для этой цели используют эпизоотические штаммы, которые инактивируют (обезвреживают) физическими или химическими методами.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Живые вакцины - это биологические препараты, содержащие штаммы вирусов, утратившие способность вызывать клинически выраженное заболевание, но сохранившие способность репродуцироваться в организме восприимчи­вого животного и стимулировать выработку специфических факторов противовирусного иммунитета (антител).

Основной этап - получение аттенуированных (слабовирулентных) штаммов вирусов. Основные трудности связаны с получением стабильного иммуногенного вакцинного штамма вируса и разработкой методов его контроля.

Любой вакцинный штамм должен быть хорошо изучен, классифицирован, клонирован и паспортизирован. В паспорте указываются основные генетические признаки, выявляемые, постоянно воспроизводимые и контролируемые в процессе поддержания его жизнеспособности и хранения (остаточная вирулентность, способность репродуцироваться, активность в конкретной биологической системе, особенности проявления инфекционного действия, спектр гемагглютинации, степень чувствительности к физическим и химическим факторам). Вакцинные вирусные штаммы должны обладать генетической и фенотипической стабильностью. Их приживаемость в привитом организме должна быть выраженной, а способность к репродукции ограниченной. Эти признаки должны быть наследственно закрепленными. Вакцинные штаммы не должны подвергаться реверсии (возврату в исходное состояние) в том числе и при пассажах на естественно восприимчивых животных. Они не должны вызывать специфического инфекционного процесса у животных после введения им массивных доз вакцинного штамма (в 5—10 раз превышающих иммунизирующую дозу). Живые вакцины должны создавать напряженный иммунитет не менее чем у 70% однократно вакцинированных животных, этого достаточно для создания условий, препятствующих дальнейшему распространению болезни в неблагополучном стаде. Вакцинные штаммы размножаются в привитом организме до тех пор, пока его защитные механизмы не затормозят их развитие.

Технология изготовления живых вакцин сводится к культивированию вакцинного штамма в какой-либо биологической системе, накоплению вируса, очистке и концентрации, расфасовке, лиофилизации и контролю готового препарата.

Для предупреждения размножения бактерий, случайно попавших во время сбора и расфасовки вируссодержащего материала, в состав живых вакцин иногда включают антибиотики. Для профилактики контаминации живых авианизированных вакцин микоплазмами и вирусами применяют прединкубационную термообработку яиц при 42—45°С в течение 4 - 7 часов с последующим переводом их на обычный режим инкубации, кроме того, для инактивации вирусов лейкозов готовые вакцины выдерживают при 4°С не менее 4 педель. Наиболее желательно для изготовления живых вакцин использовать чистые биологические системы: эмбрионы и эмбриональные культуры клеток японских перепелок или кур, свободных от специфических патогенных факторов. Выпускаются живые вакцины, как правило, в лиофильно высушенном виде. В процессе высушивания активность вирусов не должна снижаться более чем в 10-15 раз, что обеспечивается за счет добавок стабилизирующих веществ.

В живой вакцине вирус сохраняет потенциальную способность изменяться в сторону снижения антигенности или повышения реактогенности, или даже вирулентности.

Преимущества и недостатки живых вакцин.

Технология изготовления живых вакцин, как правило, проста, они относительно дешевы, выпускаются чаще в сухом виде, поэтому удобны для применения. Вызывают активацию всех компонентов иммунной системы, стимулируют общий (системный) и местный иммунный ответ на каждый из защитных антигенов. Создают продолжительный и напряженный иммунитет за счет приживаемости, размножения и диссеминации в организме вакцинного штамма, при этом иммунитет формируется быстро, на первых этапах обычно за счет интерференции, а затем обусловливается накоплением вируснейтрализующих антител. Их можно вводить подкожно, внутримышечно, интраназально, а также аэрозольным (аэрогенным) и энтеральным (с кормом или водой) способом.

В зависимости от физиологического состояния животных живые вакцины могут вызвать поствакцинальные реакции. У животных может быть лихорадка, активация хронических и латентных инфекций, снижение продуктивности, избыточная смертность, аборты, аллергические реакции, врожденные уродства, низкая устойчивость к заражению. При использовании живых вакцин необходимо учитывать уровень остаточной вирулентности вакцинного штамма. Живые вакцины хранят в себе потенциальную опасность, связанную с возможной реверсией, т, е; возвратом вакцинного штамма в исходное (вирулентное) состояние. При культивировании вакцинных штаммов в эмбрионах птиц, культуре клеток или в организме животных имеется потенциальная опасность контаминации, что усложняет контроль и сдерживает широкое применение живых вакцин. Может наблюдаться длительная персистенция вакцинного штамма в организме животного. Чтобы сохранить жизнеспособность вакцинного штамма, необходимо соблюдать условия хранения и транспортировки живых вакцин (не выше 8°С) и применять в соответствии с инструкцией, прилагаемой к препаратам. Нарушение вакуума и попадание влаги в ампулу с вакциной, воздействие света и тепла инактивирует штамм, утрачиваются его иммуногенные свойства. Ввиду отсутствия в большинстве живых вакцин консервантов при вскрытии ампул и растворении содержимого необходимо строго соблюдать правила асептики. Место введения препарата в организм животного нельзя обрабатывать дезинфицирующими веществами. Разведенную живую вакцину необходимо быстро использовать (в течение 2 часов), остатки уничтожать сжига­нием или кипячением

Живые вакцины изготовляют из живых ослабленных (аттенуированных) штаммов вирусов. Такие штаммы должны обладать следующими стабильными, наследственно закрепленными свойствами:

- утрата вирулентности исходного вируса;

- сохранение способности приживаться и размножаться в организме;

- сохранение специфической иммуногенности исходного патогенного штамма;

- способность вызывать образование иммунитета у привитых животных.

Введенные в организм вакцинные штаммы должны вызывать не заболевание, а особое, качественно новое состояние — так называемый вакцинальный процесс.

Получение вакцинных штаммов с перечисленными свойствами удается путем культивирования вирулентных вирусов (обычно выделенных от больных животных в очаге инфекции) в условиях, не соответствующих их природным потребностям адаптирования к маловосприимчивым или невосприимчивым животным, а также выращивания в развивающихся куриных эмбрионах или в культуре клеток. При многократном пассировании на живых системах вирусы постепенно теряют патогенность, сохраняя антигенные свойства.

К перспективным методам получения вакцинных штаммов следует отнести селекцию природно-ослабленных штаммов вирусов при атипично или латентно протекающих инфекциях, а также селекцию мутантов, индуцированных физическими и химическими мутагенами (пониженная температура культивирования, ультрафиолетовое облучение, воздействие ультразвуком и др.).

Для приготовления живых вакцин используют также гетеротипичные антигенно-родственные апатогенные штаммы: штаммы вируса оспы голубей для профилактики оспы кур, вирус кори для защиты собак от чумы плотоядных, вакцинный штамм вируса чумы свиней для профилактики диареи крупного рогатого скота и др.

Технология изготовления живых вакцин сводится к культивированию вакцинного штамма вируса в какой-либо биологической живой системе (животные, куриные эмбрионы, культуры тканей и клеток). Полученный вируссодержащий материал подвергают очистке от балластных (клеточных компонентов и др.) веществ. Далее проводят контроль на чистоту (посев на бактериальные питательные среды), безвредность и активность на восприимчивых животных. При соответствии этим требованиям полученный материал разливают по ампулам или флаконам и подвергают лиофильному высушиванию.

Живые вакцины, полученные на основе аттенуированных вакцинных штаммов вирусов, обладают рядом преимуществ перед инактивированными. Главное из них — напряженность и длительность создаваемого ими иммунитета, приближающегося к постинфекционному. Важное достоинство большинства живых вакцин — однократное введение. При этом происходит репродукция вакцинного штамма в организме в результате образования и поступления в организм в течение длительного времени активных антигенных субстанций, обеспечивающих формирование напряженного иммунитета. Вторым преимуществом живых вакцин является возможность вводить их не только подкожно, но и перорально, интраназально и аэрозольно.

Однако живые вакцины наряду с отмеченными преимуществами имеют и ряд недостатков, связанных с тем, что действующее начало этих препаратов (живых вирусов) весьма чувствительно к неблагоприятным факторам, возникающим в производстве, при транспортировке, хранении и применении, а также не исключена возможность реверсии вируса.

В специальных требованиях предусматривается качество компонентов живых вакцин и особенно чистота вируссодержащего материала. При получении живых вакцин на культурах клеток, в куриных эмбрионах субстраты могут оказаться контаминированными посторонними вирусами, микоплазмами, бактериями, и это может привести к серьезным последствиям.

Живые вакцины не содержат консервантов, поэтому при вскрытии ампул и растворении их содержимого необходимо строго соблюдать правила асептики. При накожном методе вакцинации необходимо использование для предварительной обработки таких дезинфицирующих средств, которые длительное время сохраняются на месте применения препарата.

Индукция резистентности вскоре после вакцинации связана с клеточными факторами защиты, а антитела усиливают и обеспечивают длительный иммунитет. Классическим, хорошо известным примером этого явления служит иммунитет при ньюкаслской болезни. Резистентность к контрольному заражению появляется через 12 часов после интраназального или интратрахеального введения вакцинного вируса и быстро усиливается. Через 48 часов после вакцинации наступает полная защита.
Живая вакцина против классической чумы свиней создает защиту свиней при экспериментальном заражении вирулентным вирусом через 3-4 дня после вакцинации.

Защита морских свинок после вакцинации аттенуированными штаммами вируса Хунин наступала через три дня и постепенно усиливалась, достигая 100% к 30 суткам. Не установлено связи ранней защиты с циркулирующим интерфероном, вероятно, она обусловлена прямой интерференцией вакцинного штамма вируса.

В ранней защите после вакцинации важная роль, по-видимому, принадлежит дефектным интерферирующим частицам (ДИЧ), обнаруженным у представителей большинства семейств вирусов, и особенно хорошо изученных у орто- и парамиковирусов.

Ранняя защита в отсутствии антител связана с блокированием вирусспеци-фических рецепторов на поверхности клеток-мишеней вирусными белками и характеризуются специфичностью, присущей вирусной аутоинтерференции, которая хорошо известна у многих вирусов.
Пустые капсиды полиовируса, например, связываются с рецепторами клеток-мишеней и делают их недоступными для инфекционного вируса.

Установлено, что одна дефектная интерферирующая частица предупреждает в клетке цитопатические изменения, вызванные вирусом гриппа. Дефектные интерферирующие частицы вируса инфекционного бурсита вызывали раннюю защиту цыплят от летальной инфекции вирулентным штаммом гомологичного вируса до наступления иммунитета. Некоторые инактивированные вакцины, содержащие вирусные антигены в высокой концентрации, обладают способностью быстро вызывать защиту.

Такой способностью обладала вакцина против ящура, содержащая 10—100 мкг/мл 146S вирусных частиц и обеспечивающая защиту естественно восприимчивым животным через 7 дней после вакцинации. Еще более быструю защиту вызывала инактивированная вакцина против геморрагической болезни кроликов благодаря высокому содержанию вирусного антигена. Ранняя защита в случае применения некоторых живых вакцин вероятно обусловлена быстрым размножением вакцинного вируса в клетках-мишенях привитого организма.

В заключение следует отметить, что молекулярные механизмы аттенуации вирусов становятся понятными лишь в общих чертах. Аттенуация вирусов сопровождается изменением ряда фенотипических свойств, хотя лишь некоторые из них картированы на вирусном геноме. Несмотря на разноплановость исследований и широкую вариабельность свойств изучаемых вирусов, полученные результаты можно суммировать следующим образом:

— мутации, ответственные за аттенуацию вируса, могут локализоваться в различных участках генома; чем больше мутаций, тем прочнее аттенуация;
— мутации, затрагивающие структурные белки, более существенны для аттенуации, чем затрагивающие неструктурные белки, или мутации в некодирующей области генома;
— мутации различных аттенуированных штаммов (серотипов) одного и того же вируса могут иметь различную локализацию.

С точки зрения структурно-функционального принципа можно выделить по крайней мере пять областей генома, мутации в которых связаны с аттенуацией вируса:
— мутации в области гена, кодирующего белки, определяющие взаимодействие вируса с клетками-мишенями (многие вирусы);
— мутации в области неструктурной лидерной последовательности (пикорнавирусы и др.);
— мутации в области гена, кодирующего белки, претерпевающие протеолитическую активацию и определяющие инфекционность (парамиксовирусы, ротавирусы);
— мутации в области гена, кодирующего тимидинкиназу (герпес- и поксвирусы);
— мутации в области гена, кодирующего потенциальный сайт гликозилирования (ортомиксовирусы).

Если исходить из практических результатов применения живых вирусных вакцин, то следует сделать два допущения, имеющих принципиальное значение. Во-первых, все аттенуированные штаммы, используемые в качестве живых вакцин, должны размножаться в организме и практически не поражать клетки-мишени, повреждение которых вирулентными штаммами определяет патогенез естественной инфекции. Во-вторых, все аттенуированные вакцинные штаммы или вовсе не размножаются в клетках-мишенях, поражаемых вирулентными штаммами гомологичных вирусов, или их репродукция в этих клетках блокируется на разных стадиях репликативного цикла.

В этом смысле ограничение любых важнейших функций вируса может привести к его аттенуации. Из этого следует, что любой экспрессируемыи ген может содержать мутационные изменения, снижающие вирулентность.

Установлено, что главными фенотипическими детерминантами вирулентности вирусов являются гликопротеины или белки, расположенные на поверхности вирионов, роль которых в патогенезе инфекции сводится не только к реализации прикрепительных функций вируса на первом этапе его взаимодействия с клетками, но и к проникновению вирусного генома в клетки, а также к определению вирусного тропизма и распространению вируса в организме.

Устойчивость центральной нервной системы к инфекции аттенуированными штаммами ряда нейровирулентных вирусов (полиомиелит, бешенство, болезнь Ауески, гепатит мышей, вирус Синдбис и др.) опосредована как периферическим механизмом, ограничивающим проникновение вируса в нее, так и внутриклеточным, срабатывающим в клетках-мишенях на послеадсорбционном уровне.

У аттенуированных мутантов полиовируса полная потеря способности размножаться в нервных клетках обезьян и не вызывать разрушений в мозге обусловлена неспособностью вируса перемещаться по аксональным цилиндрам к моторным клеткам переднего рога серого вещества спинного мозга, хотя при непосредственном контакте с такими клетками проявлялась редуцированная ней-ровирулентность вакцинных штаммов вируса.

Живые вакцины представляют собой взвесь вакцинных штаммов микроорганизмов (бактерий, вирусов, риккетсий), выращенных на различных питательных субстратах. Живые вакцины содержат ослабленные бактерии (бруцеллезная, туляремийная, чумная, антиязвенная, туберкулезная) или вирусы (против натуральной оспы, желтой лихорадки, бешенства, полиомиелита, гриппа, кори, эпидемического паротита).

Вакцины готовятся на основе апатогенных возбудителей, аттенуированных в искусственных или естественных условиях. Вакцинные штаммы, применяемые в производстве живых вакцин, получают разными путями: путем выделения аттенуированных мутантов от больных, селекцией из внешней среды вакцинных клонов, длительного пассирования в организме экспериментальных животных.
Наряду с генетически закрепленной утратой патогенных свойств и потерей способности вызывать у человека инфекционное заболевание, вакцинные штаммы сохраняют способность размножаться в месте введения, а в дальнейшем в регионарных лимфатических узлах и внутренних органах. Вакцинная инфекция продолжается несколько недель, не сопровождается клинической картиной заболевания и приводит к формированию иммунитета к патогенным штаммам микроорганизмов. Лишь в единичных случаях могут возникать вакцинно-ассоциированные заболевания.
Живые вакцины создают прочный и длительный иммунитет, по напряженности приближающийся к постинфекционному иммунитету. Так, противооспенная и туляремийная вакцины обеспечивают 5-7-летний иммунитет, противогриппозная – 6-8-месячный. Для создания прочного иммунитета во многих случаях достаточно одной инъекции вакцины. Такие вакцины могут вводиться в организм достаточно простым методом, например, скарификационным или пероральным методом.

Недостатки живых вакцин

К сожалению, живые вакцины имеют ряд недостатков:

• сложно комбинируются и плохо дозируются;
• обладают высокой реактогенностью и аллергогенностью;
• категорически противопоказаны людям, страдающим иммунодефицитом;
• вызывают вакциноассоциированные заболевания, в т.ч. генерализацию вакцинного процесса;
• относительно нестабильны;
• в процессе производства, транспортировки, хранения и применения необходимо строго соблюдать меры, предохраняющие микроорганизмы от отмирания и гарантирующие сохранение активности препаратов (холодовая цепь);
• естественно циркулирующий дикий вирус может тормозить репликацию вакцинного вируса и снизить эффективность вакцины. Так, например, это отмечалось в отношении вакцинных штаммов полиовируса, размножение которого может подавляться при инфицировании другими энтеровирусами.

Форма выпуска живых вакцин

Живые вакцины, за исключением полиомиелитной, выпускают в лиофилизированном виде, что обеспечивает их стабильность в течение срока годности.
В живых вакцинах нет консервантов и других ингибиторов роста и развития вакцинных штаммов, при работе с такими вакцинами следует строго соблюдать правила асептики. Нарушение целостности ампул и потеря вакуума приводит к инактивации препарата в связи с проникновением воздуха и влаги. При наличии в ампулах трещин и изменении внешнего вида содержимого следует изъять такие ампулы и уничтожить их.

Правила перевозки живых вакцин

В связи с тем, что действующим началом вакцин являются живые микроорганизмы, следует строго соблюдать требования, обеспечивающие сохранение жизнеспособности микроорганизмов и специфической активности препарата. Живые вакцины следует хранить и транспортировать при температуре в интервале 0…+ 8С. Замораживание таких вакцин не оказывает существенного влияния на их активность. Оптимальная температура при замораживании – 20С.

В условиях пандемии многие государства приступили к созданию лекарств и вакцин от нового коронавируса. Сообщается, что в России разработка прошла первую фазу — так ли это? Значит ли, что скоро можно ждать появления препарата? Чтобы разработать новое лекарство от неизвестного заболевания по всем правилам научного поиска нужно от 5 до 15 лет. Разобрали весь процесс на примере COVID-19 вместе с Равилем Ниязовым, специалистом по регуляторным вопросам и разработке лекарств Центра научного консультирования.

COVID-19 — инфекционное заболевание, вызываемое коронавирусом SARS-CoV-2. В тяжелых формах оно поражает легкие, иногда — сердце и другие органы. Особенно тяжело заболевание протекает, если у больного есть другие нарушения со стороны дыхательной или сердечно-сосудистой систем. Молниеносно возникшая пандемия COVID-19 поставила вопрос разработки лекарств и вакцин от новой инфекции. Это долгий процесс с множеством стадий, на каждой из которых исключают вещества-кандидатов. Только одно или небольшая группа таких веществ в итоге сможет стать безопасным и эффективным лекарством.

Шаг 1: понять, как развивается новое заболевание

Любая болезнь нарушает естественные физиологические и биохимические процессы в организме. Причины заболеваний могут быть разными, в том числе — инфекционными. Инфекционный агент (в случае COVID-19 это коронавирус SARS-CoV-2) заимствует и эксплуатирует биохимический аппарат клеток, перехватывая управление им, в результате чего клетки перестают выполнять свою физиологическую функцию. Для вируса SARS-CoV-2 основной мишенью являются клетки дыхательного эпителия, отвечающие за газообмен, то есть за дыхание.

Лекарством для лечения COVID-19 будет считаться любое вещество или комбинация веществ, которое будет способно (1) инактивировать вирус еще до того, как он успеет поразить клетку, или (2) нарушать жизненный цикл вируса внутри зараженной клетки, или (3) защищать новые непораженные здоровые клетки от инфицирования.

Чтобы создать лекарство от SARS-CoV-2, нужно хорошо знать, каков жизненный цикл вируса в организме человека:

• с какими клетками человека и через какие рецепторы на поверхности клеток он связывается, какой собственный вирусный аппарат для этого он использует;
• как вирус проникает в клетку;
• как вирус эксплуатирует биохимический аппарат клетки, чтобы воспроизводить собственный генетический материал и белки, нужные для сборки новых вирусных частиц;
• как вирус покидает инфицированную клетку, чтобы инфицировать новые клетки;
• как формируется иммунитет против вируса и какой вклад иммунитет вносит в тяжесть заболевания (чрезмерная иммунная реакция может вызывать тяжелое поражение внутренних органов).

Всё перечисленное — это совокупность фундаментальных знаний, необходимых для перехода к следующему этапу разработки лекарства — синтезу или биосинтезу веществ, которые могут нарушать свойства вирусных частиц, убивая вирус и при этом не вредя человеку. Например, так работают лекарства от ВИЧ-инфекции или гепатита C. Но при этих заболеваниях важно применять сразу несколько веществ из разных классов, чтобы вирус не становился устойчивым к терапии. Об этом нужно будет помнить и при разработке лекарств против SARS-CoV-2.

Для лечения вирусных заболеваний также могут использоваться иммуносыворотки, содержащие антитела, способные инактивировать вирус. Такие сыворотки можно получать от животных, например, лошадей или кроликов, но также и от человека, уже переболевшего заболеванием.

Однако самый эффективный подход — профилактика заболевания. Для этого используют вакцины — естественные или генетически модифицированные белки вируса, а иногда и живой, но ослабленный вирус. Вакцина имитирует инфекционное заболевание и стимулирует организм к формированию иммунитета. В последнее время также разрабатываются РНК- и ДНК-вакцины, но пока одобренных препаратов нет.

В отличие от традиционных вакцин, РНК-/ДНК-вакцины содержат не вирусные белки, а гены, кодирующие основные вирусные белки. Введение такой вакцины приводит к синтезу клетками белков вируса, на которые должна реагировать иммунная система и вырабатывать иммунитет против этих белков вируса. Гипотетически это должно препятствовать началу инфекционного процесса при заражении настоящим патогенным вирусом. Важно отметить, такие РНК- и ДНК-вакцины не должны кодировать те белки вируса, которые способны были бы привести к настоящей вирусной инфекции.

Шаг 2: поиск хитов

На ранней стадии разработки синтезируют и тестируют множество веществ — библиотеку. Основная цель этого этапа — найти группу хитов (hit — попадание в цель), которые бы связывались с нужной вирусной мишенью. Обычно это один из белков вируса. Иногда отбор идет из библиотек, состоящих из миллиардов низкомолекулярных веществ. Сейчас активно используют компьютерные алгоритмы — машинное и глубокое обучение — чтобы искать новые потенциально активные молекулы. Одна из компаний, успешно работающая в этом направлении, — InSilico Medicine, создана российскими математиками.

Другой источник потенциальных лекарств — выздоровевшие люди: в их крови содержатся антитела, часть из которых способны связываться с вирусом и, возможно, нейтрализовать его.

Шаг 3: поиск и тестирование лидов

Когда находят группу хитов, способную связываться с вирусным белком, переходят к следующему этапу скрининга. На этом шаге исключаются вещества, которые:

• нестабильны и быстро разлагаются;
• тяжелы/затратны в синтезе;
• токсичны для различных клеток человека в условиях лабораторных экспериментов на культуре клеток. Вещества не должны быть токсичны сами, токсичностью также не должны обладать продукты их метаболизма в организме, продукты их разложения и примеси, возникающие в процессе производства; вместе с тем если процесс производства способен с помощью очистки удалять продукты разложения или примеси, то такой хит может и не будет выведен из разработки;
• плохо растворимы в воде — лекарство должно в достаточном количестве растворяться в биологических жидкостях, чтобы распределиться по организму;
• быстро разлагаются в живом организме;
• плохо проникают через слизистые оболочки, клеточные мембраны или внутрь клетки, в зависимости от пути введения лекарства и расположения вирусной мишени.

Хиты, которые выдерживают эти испытания и проходят все фильтры, переводят в категорию лидов (lead — ведущий).

Лиды тестируют в еще более широкой серии экспериментов для принятия так называемых решений Go/No-Go о продолжении или остановке разработки. На этой стадии инициируются испытания на животных. Такая схема отбора нужна чтобы как можно раньше вывести из разработки бесперспективные молекулы, потратив на них минимальные время и ресурсы, поскольку каждый последующий этап является еще более затратным.

Те несколько лидов, которые успешно проходят очередные испытания, становятся кандидатами. К этому моменту разработка может длиться уже от трех до семи лет.

Шаг 4: испытания кандидатов и клинические исследования

Прежде чем перейти к испытаниям на людях, нужно выполнить исследования на животных и подтвердить отсутствие неприемлемой для человека токсичности, подобрать первоначальную безопасную дозу. На этом этапе кандидаты тоже могут отсеиваться — например, из-за генотоксичности (токсичности для генетического аппарата клетки) или канцерогенности (способности вызывать рак). Еще они могут оказаться небезопасными для беременных женщин или женщин детородного возраста, вызывать поражение головного мозга, печени, почек, сердца или легких. В зависимости от природы молекулы исследования проводят на грызунах, собаках, обезьянах, минипигах, кроликах и т.д.

В зависимости от природы заболевания, особенностей его терапии и свойств лекарства, какие-то исследования могут не проводиться или быть не значимы. Например, оценка канцерогенности лекарства не потребуется, если оно будет применяться в лечении краткосрочных заболеваний, как в случае COVID-19. Генотоксичность не оценивают для биопрепаратов или если лекарство предназначено для лечения метастатического рака и т. д. Суммарно доклинические исследования могут занимать 3–5 лет. Часть из них проводится параллельно с клиническими исследованиями.

Если доклинические исследования успешны, начинается клиническая разработка, которая условно делится на фазы. Это нужно, чтобы постепенно и контролируемо тестировать лекарство на все большем количестве людей. И снова стадийность процесса позволяет прекратить разработку на любом этапе, не подвергая риску многих людей.

• Первая фаза: здесь подтверждают первичную безопасность для людей в принципе, изучают поведение лекарства в организме человека, его биодоступность (способность достигать места действия в достаточных концентрациях), его взаимодействие с другими лекарствами, влияние пищи, половых и возрастных различий на свойства лекарства, а также безопасность для людей с сопутствующими заболеваниями (особенно важны заболевания печени и почек — эти органы отвечают за метаболизм и выведение лекарств), проверяют, не вызывает ли лекарство нарушение ритма сердца. Кроме того, на I фазе оценивают безопасный диапазон доз: эффективные дозы не должны быть неприемлемо токсичными.
• Вторая фаза: здесь начинают проверять эффективность лекарства на пациентах с заболеванием. На ранней II фазе оценивают, работает ли кандидатная молекула на людях с изучаемым заболеванием в принципе, а на поздней II фазе подбирают режим дозирования, если кандидатное лекарство было эффективным. При этом вещество, эффективное в лабораторных экспериментах, на животных моделях заболевания и даже в ранних клинических исследованиях на людях, вполне может не быть таким же рабочим в реальной медицинской практике. Поэтому и нужен длительный процесс поэтапной исключающей разработки, чтобы на выходе получить эффективное и безопасное лекарство.
• Третья фаза: здесь подтверждают эффективность и безопасность лекарства, а также доказывают, что его польза компенсирует те нежелательные реакции, которые неминуемо будет вызывать лекарство. Иными словами, в исследованиях третьей фазы надо понять, что баланс пользы и рисков положителен. Это всегда индивидуально. Например, у людей с ВИЧ в целом допустимо, если противовирусные лекарства вызывают некоторые нежелательные реакции, а в случае онкологических заболеваний приемлемы и более выраженные токсические реакции.

В случае вакцин, которые рассчитаны на здоровых людей, и особенно детей, приемлемы лишь легкие нежелательные реакции. Поэтому найти баланс трудно: вакцина должна быть высоко эффективной, и при этом вызывать минимальное число тяжелых реакций, например реже, чем 1 случай на 1000, 10 000 или даже 100 000 вакцинированных людей. Клиническая разработка может длиться до 5–7 лет, однако низкомолекулярные противовирусные лекарства для краткосрочного применения, как в случае COVID-19, можно протестировать быстрее — за 1–2 года.

Разработка многих отечественных противовирусных и иммуномодулирующих препаратов не соответствует такому научно выверенному процессу разработки.

Шаг 5: производство

Важный этап — наладить производство лекарства. Разработка процессов синтеза начинается в самом начале отбора лидов и постепенно дорабатывается, оптимизируется и доводится до промышленного масштаба.

В настоящее время против SARS-CoV-2 разрабатывается много разных методов лечения:

• низкомолекулярные соединения, которые нарушают жизненный цикл вируса. Трудность в том, что может быть нужно применять сразу несколько противовирусных лекарств. Сейчас надежды возлагают на ремдесивир. Есть данные, что может быть эффективен давно известный гидроксихлорохин, действующий не на сам вирус, а влияющий на иммунитет. Информацию, что комбинация лопинавира и ритонавира оказалась неэффективной у тяжелобольных пациентов, стоит интерпретировать с осторожностью: она может быть эффективна при более легких формах, или для профилактики, или у каких-то определенных подгрупп;
• противовирусные, в том числе моноклональные, антитела, которые связываются с ним на поверхности и блокируют его проникновение в клетку, а также помечают вирус для клеток иммунной системы. Антитела можно получать как биотехнологически, так и выделять из крови переболевших людей. Сейчас тестируются препараты, получаемые с помощью обоих методов;
• вакцины. Они могут представлять собой естественные или модифицированные белки вируса (модификации вводят для усиления выработки иммунитета), живой ослабленный вирус, вирусоподобные наночастицы, синтетический генетический материал вируса (РНК-вакцины) для того, чтобы сам организм человека синтезировал некоторые белки вируса и смог выработать антитела к нему. Одна из проблем в случае вакцин — простое введение белков вируса, пусть и модифицированных, не всегда позволяет сформировать иммунитет, способный защитить от реального заболевания — так называемый стерильный иммунитет. Даже образование антител в ответ на введение вакцины не гарантирует защиты: хорошим примером являются те же ВИЧ и гепатит C, хотя вакцина против гепатита B достаточно проста и при этом высокоэффективна. Хочется надеяться, что отечественные разработчики следуют рекомендациям Всемирной организации здравоохранения по проведению доклинических и клинических исследований вакцин, включая исследования провокации и изучение адъювантов;
• препараты для РНК-интерференции. Так называемые малые интерферирующие рибонуклеиновые кислоты (РНК) — это небольшие отрезки синтетически получаемой РНК, которые способны связываться с генетическим аппаратом вируса и блокировать его считывание, мешая синтезу вирусных белков или воспроизведению генетического материала вируса.

Процесс разработки лекарства — это научный поиск с неизвестным исходом. Он занимает много времени и требует участия большой команды профессионалов разных специальностей. Однако только реальный клинический опыт позволит оценить, удалось ли получить не только эффективное, но и безопасное лекарство, поэтому любое точное определение сроков получения лекарства — спекуляция. Получить эффективную и безопасную вакцину к концу года, если следовать всем правилам научного поиска, вряд ли удастся.

Детальные обсуждения процессов разработки новых лекарств и возникающих в связи с этим проблем — на YouTube-канале PhED.