Как создается вакцина против вируса

Ростех к 2022 году планирует войти в пятерку крупнейших в мире производителей основного компонента вакцин от гриппа – гемагглютинина.

Красивый и с шипами: как устроен вирус гриппа

Когда мы видим названия штаммов гриппа, вроде A(H1N1) или A(H3N2), то H и N – это обозначения гемагглютинина и нейраминидазы. Именно эти два белка обусловливают такие свойства вируса гриппа, как иммуногенность и изменчивость.

Простыми словами описать работу этих белков можно так – гемагглютинин обеспечивает прикрепление вируса к клетке, а нейраминидаза отвечает за способность вирусной частицы проникать в клетку хозяина и выходить из нее после размножения. Некоторые противовирусные препараты как раз подавляют работу нейраминидазы, чтобы вирусные частицы не могли мигрировать в новые клетки.

Гемагглютинин является основным компонентом гриппозных вакцин, так как именно он индуцирует в организме человека образование защитных антител. На сложной трехмерной структуре этого белка располагаются такие участки, которые очень важны с точки зрения профилактики гриппа, – это так называемые антигенные домены. Когда антитела образуются, они блокируются именно с этими участками и лишают вирус возможности входить в клетку. Но вирус гриппа пытается любыми путями обмануть иммунную систему человека. В структуре его поверхностных белков происходят различного рода мутации, которые приводят к изменению свойств вируса, или его дрейфу.

Нейраминидаза также меняется. Возможно изменение одного или двух антигенов одновременно. В настоящее время известны 18 подтипов гемагглютининов (Н1 – Н18) и 11 подтипов нейраминидаз (N1 – N11).

Вариантов вируса гриппа очень много, они подразделяются на типы: А, B, С. Вирусы гриппа А являются самыми опасными,так как именно они ответственны за пандемии и тяжелые эпидемии. Эти возбудители более патогенны и заразны, чем вирусы гриппа В и С. Дело в том, что вирус А содержит два типа нейраминидазы (N1, N2) и четыре типа гемагглютинина (Н0, H1, H2, НЗ), благодаря чему он более изменчив, а вирусы В не подразделяются на подтипы (только на две линии). Вирус гриппа С содержит только гемагглютинин и не содержит нейраминидазу. Вирусы гриппа С, в отличие от вирусов А и В, не вызывают эпидемий, только лишь приводят к заболеваниям в легкой и бессимптомной форме у детей и пожилых пациентов.

В эпидемическом 2019-2020 гг. в Северном полушарии, по данным ВОЗ, будут доминировать следующие штаммы: A/Brisbane/02/2018 (H1N1)pdm09; A/Kansas/14/2017 (H3N2); B/Colorado/06/2017 (линия B/Victoria-подобных); B/Phuket/3073/2013 (линия B/Yamagata-подобных). Первые три предназначены для трехвалентных вакцин от гриппа, четвертый – дополнительный штамм для включения в четырехвалентные вакцины.

О том, какие виды гриппа будут угрожать в текущем году, ВОЗ объявляет заранее, до начала эпидсезона. Для этой цели Организация имеет сеть лабораторий – 149 Национальных лабораторий по гриппу в 121 стране, которые во время эпидемий выделяют от больных штаммы, изучают антигенные и генетические свойства, определяют наиболее актуальные из них. Специалисты ВОЗ анализируют также многие другие факторы – перемещение людей, миграция птиц. На основе всей этой информации и прогнозируется перечень опасных штаммов. В этом году ВОЗ предоставила производителям вакцин актуальные штаммы в конце марта, на месяц позже обычного, – эксперты долго не могли определить, какой штамм вируса A/H3N2 нужно включать в вакцины.

Во многих развитых странах сегодня переходят на четырехвалентную вакцину от гриппа, то есть содержащую два актуальных штамма А и два актуальных штамма гриппа B. Отечественная четырехвалентная вакцина прошла регистрацию в Минздраве в июле 2019 года. В этом сезоне ею будут прививать тех, кто в группе риска – работников социальной сферы, транспорта и здравоохранения. Полностью на прививки с четырьмя штаммами Россия перейдет к 2023 году. Кстати, наша страна является седьмой в мире, где по полному циклу производится четырехвалентная вакцина.

Новая защита: белок вместо целого вируса

Позже ученые поняли, что целый вирус для вакцины не нужен, можно использовать только белок, на который, собственно, и формируется иммунный ответ. То есть теперь для защиты от гриппа человек получает лишь порцию белка гемагглютинина – 15 мкг на каждый штамм гриппа.

Завершающая стадия производства выполняется в стерильных асептических зонах, в которых гемагглютинин от четырех вирусов объединяется в одном реакторе. После чего следует автоматический розлив вакцины в шприцы. Готовые шприцы с вакциной попадают в зону инспектирования и этикетирования препарата. Там они проверяются на отсутствие повреждений и соответствие дозе с помощью автоматических оптических камер, а затем на них наклеивается этикетка.

Сейчас вакцинация от гриппа в самом разгаре. Традиционно пик распространения гриппа приходится на конец января – начало февраля, но начаться волна может уже в ноябре. Организму требуется 2–4 недели, чтобы выработать иммунитет после прививки. Поэтому сейчас самое время задуматься о прививке. Напоминаем, что у вакцинации есть противопоказания, поэтому не забудьте проконсультироваться с врачом.

И напоследок немного статистики:
– около 35 млн больных гриппом каждый год фиксируется в России;
– грипп ежегодно становится причиной 250-500 тыс. смертей и 3-5 млн случаев серьезных заболеваний;
– своевременная вакцинация на 60-80% предотвращает заболеваемость гриппом и осложнений после болезни у людей среднего возраста.

Кардиостимулятор: сердце в правильном ритме

С момента открытия возбудителя заболевания до создания вакцины могут проходить десятки лет. Например, вакцину от оспы человечество искало сообща в течение веков, а на создание препарата от полиомиелита у ученых ушло около 40 лет. Любая новая болезнь неизвестной природы требует почти детективного расследования: нужно установить очаг инфекции, отыскать нулевого пациента (человека, который заразился первым и стал точкой отсчета эпидемии), найти возбудителя в природе, провести диагностику, изучить механизмы патогенеза заболевания и защиты организма, оценить естественный приобретенный иммунитет у больных.

Только после этого начинается работа над вакциной. Специалисты перебирают массу вариантов, прежде чем найдут действующее средство, затем проводят тестирование на безопасность, апробируют на животных (мышах, макаках и др.) и оценивают иммунный ответ организма, затем получают разрешение от регулирующего государственного органа и только тогда начинают испытания на добровольцах.

За первыми вакцинированными людьми необходимо наблюдать в течение длительного времени — по крайней мере год, ведь специалистам нужно убедиться, что вакцина работает и действительно защищает от болезни.

С коронавирусом SARS-CoV-2 (тяжелый острый респираторный синдром коронавируса-2), который вызывает заболевание под названием COVID-19, мир столкнулся впервые в декабре 2019 года, и, как только китайские ученые расшифровали его геном, закипела работа во всех лабораториях мира. Когда вакцина будет готова, она, как и любое новое лекарство, должна будет пройти процедуру государственной регистрации и только после этого наконец поступит к людям.

Россия на пути к вакцине

Новый метод защиты от COVID-19 объясняет заведующая кафедрой вирусологии биофака МГУ Ольга Карпова:

Специалисты из МГУ начали работать с вирусом табачной мозаики еще в 2010 году, а теперь в связи с пандемией коронавируса COVID-19 вернулись к своим наработкам и осознали, что нашли универсальное средство, которое может защитить человечество и от прошлых, и от будущих эпидемий коронавируса. Они обещают разработать дешевый прототип вакцины за три месяца при необходимом финансировании.

Гонка противовирусных вооружений

Поиск кандидатов для вакцинации от коронавируса ведется онлайн: жителям Сиэтла обещают $100 за каждый визит, то есть по итогам программы они получат в сумме $1100 каждый. В ходе эксперимента на 45 добровольцах от 18 до 55 лет ученые проверят препарат на безопасность и эффективность и определят правильную дозировку. Участникам сделают две инъекции с интервалом в 28 дней, дозировка в разных группах будет разной: 25, 100 и 150 мкг. Наблюдения за первыми испытателями вакцин будут вестись в течение года, но само тестирование займет около шести недель. По итогам этих испытаний ученые смогут выяснить, способна ли данная вакцина индуцировать достаточный иммунный ответ человеческого организма на коронавирус и, главное, сможет ли остановить пандемию или будет уже слишком поздно?

В середине марта директор института Энтони Фаучи заявил:

От генетического секвенирования вируса до первой инъекции опытной вакцины человеку прошло всего 66 дней, и это действительно рекорд. Обычно создание вакцин от новых болезней занимает больше времени, но в данном случае ученые уже были в курсе, как коронавирусы поражают человека, основываясь на предыдущих эпидемиях. Острый респираторный синдром (SARS), бушевавший в Китае в 2003 году, и ближневосточный респираторный синдром (MERS), который распространялся по миру в 2015 году, были вызваны родственными коронавирусами и дали ученым необходимые знания для создания противоядия в виде вакцины. Дело в том, что все коронавирусы имеют сферическую форму и шипы, выступающие над поверхностью. Именно за счет этих наростов, состоящих из так называемого спайкового белка, вирус легко прикрепляется и проникает внутрь клеток человека.

Китай и другие

В Китае разработано уже восемь вакцин, и некоторые из них успешно опробованы на животных: трансгенных мышах и макаках. Но для их испытаний на людях требуется разрешение Государственного управления по надзору за пищевыми продуктами и лекарственными средствами КНР. Одна из команд, работавших над вакциной, смогла получить разрешение на проведение клинических испытаний своей разработки и уже объявила о поиске добровольцев. Группа ученых во главе с академиком Чэнь Вэй находились в Ухани с 26 января и безостановочно вели исследования в самом центре эпидемии в лаборатории с наивысшим уровнем биологической защиты — BSL-4.

Австралия и Италия также подготовили вакцины от коронавируса. Но в первом случае это еще лабораторные тестирования с перспективой испытаний на людях летом 2020 года в одном из госпиталей Брисбена. А во втором случае речь идет об этапе испытаний на животных. Итальянская вакцина была получена из фрагмента генетического материала вируса и предусматривает применение технологии электропорации. Это значит, что после внутримышечной инъекции препарата производится небольшой электроразряд, что облегчает попадание вещества в молекулы и эффективнее активизирует иммунную систему человека. Это первые испытания в Европе, и ученые после лабораторных исследований предполагают сильную реакцию иммунной системы. К людям итальянская вакцина попадет не раньше осени 2020 года.

в середине марта немецкий специалист Лотар Вилер, глава Института Роберта Коха, сообщил:

Вакцина на будущее

21 января Минздрав заявил, что в России начали работу по созданию вакцины против китайского коронавируса. По словам замглавы ведомства Сергея Краевого, помощь в получении биологических материалов оказывают коллеги из КНР.

По мнению эксперта, разработка препарата займет до трех месяцев. На полный цикл создания вакцины, включая все исследования, может потребоваться не менее полугода. Средства потребуются значительные, но их необходимо выделить.

— Это должна быть одна из самых приоритетных тем. Мы не знаем, как этот вирус поведет себя в нашей популяции, что он будет делать в России, — сказал Герман Шипулин. — Восприимчивость населения к нему зависит от генетики наших граждан. Но если вирус проникнет в РФ, начнет распространяться и будет высокая летальность, то эта вакцина станет спасением.

Третья волна

Согласно последним данным китайского комитета по вопросам гигиены и здравоохранения, число заразившихся новым видом коронавируса в КНР возросло до 291, шестеро умерли. Еще два случая заболевания зарегистрировали в Таиланде, по одному в Японии и Южной Корее.

Между тем авторитетное китайское издание South China Morning Post сообщает, что к вечеру 21 января число заболевших увеличилось до 300. Из них 270 зафиксировали в провинции Хубэй и более 30 — в других частях страны, включая Пекин, Шанхай, Тяньцзинь и провинцию Гуандун, соседствующую с Гонконгом. Местные вирусологии высказали опасение о начале третьей волны распространения вируса. Это связано с тем, что заражение выявили у родственников одного из умерших больных и контактировавших с ним сотрудников больницы.

Роспотребнадзор посоветовал воздержаться от поездок в город Ухань до стабилизации ситуации. Находясь на территории КНР, рекомендуется не посещать продуктовые рынки, зоопарки и мероприятия с участием животных.

— В связи с осложнившейся эпидемиологической ситуацией, вызванной распространением в Китае нового коронавируса, организованы и проводятся все необходимые мероприятия, направленные на снижение рисков для здоровья наших граждан, связанных с возможностью завоза возбудителя данного заболевания на территорию страны, — сказала вице-премьер России Татьяна Голикова.

Она отметила, что тактика противоэпидемических мер при необходимости будет корректироваться в рамках работы правительственной комиссии по вопросам химической и биологической безопасности.

Мир в ожидании

В последний раз чрезвычайный комитет ВОЗ созывался в 2019 году из-за вспышки Эболы в Республике Конго и вируса полиомиелита во всем мире.

Наука в помощь

Глава Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США Энтони С. Фаучи заявил, что институты его подразделения уже занимаются разработкой вакцины от нового коронавируса. По словам еще одного американского ученого Питера Хотеса, специалиста по вакцинам из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне, над получением препарата работают научные группы из Техаса, Нью-Йорка и Китая.

— Это быстрый, но не самый эффективный способ. При вакцинации необходимо пользоваться химическими агентами, которые позволяют развить и направить иммунитет против вируса, — отметил Павел Волчков. — Более эффективный, но долгий способ — применение живых аттенуированных вирусных вакцин. В комфортных искусственных условиях жизни вирус накапливает мутации, которые делают его абсолютно нежизнеспособным для обычных условий.

По его словам, самый прогрессивный вариант — использование обратной генетики, но для нового коронавируса ее пока не разработали, так как это плохо изученная форма. Создание вакцины таким способом займет около года.

— Остается четвертый, на мой взгляд, самый быстрый и эффективный вариант, что немаловажно при риске возникновения эпидемии, — химерный комбинированный подход, когда вектор аденовируса, пустой внутри, начиняют маленькими пептидами и из них выстраивают так называемую пептидную колбасу, своеобразный фарш из данного коронавируса, — пояснил Павел Волчков.

Этот способ позволит произвести вакцину за 3–6 месяцев при условии максимального сокращения доклинических и клинических испытаний.

По словам директора Института медицинской паразитологии, тропических и трансмиссивных заболеваний им. Е.И. Марциновского Сеченовского университета Александра Лукашева, специалистам понятно, как разрабатывать вакцину от коронавируса. Для этого существуют разные технические возможности, и не нужен даже образец — китайские ученые уже выложили в открытый доступ геномную последовательность 2019-nCoV.

История появления вакцинации берёт своё начало ещё в конце XVIII века. Тогда были осуществлены первые результативные попытки излечить животных от вирусных заражений. Благодаря разработке и созданию вакцин, сейчас каждый человек может избежать развития тяжёлых заболеваний, от которых много лет назад массово умирали люди.

В каком году и кто провел первую вакцинацию в мире

Решившись на проведение революционного на то время эксперимента, врач ввёл коровью оспу мальчику, доказав при этом, что у того выработался иммунитет к натуральному заболеванию.

Были совершены попытки заразить парня оспой, но все они остались безуспешными.

Так появилась вакцинация. Данный термин стал использоваться немного позднее. Английский доктор Э. Дженнер сделал революционный толчок в медицине, но лишь спустя столетие, был предпринят научный подход к вакцинации.

Кто создал вакцину от холеры

В 1880 году Луи Пастер нашёл способ защиты от заразных заболеваний путём введения ослабленных возбудителей.

Он стал первым, кто смог доказать, что инфекционные заболевания возникают в результате проникновения в организм микробов из внешней среды.

Луи Пастер работал с вызывающими куриную холеру бактериями. В его препаратах была их большая концентрация, и при введении птицам они гибли в течение первых суток.

Однажды по ошибке, проводя свои эксперименты, Луи Пастер использовал инъекцию с бактериями недельной давности, что спровоцировало заболевание у кур, но течение холеры проходило в лёгкой форме, после чего они не погибли и выздоровели.

Учёный посчитал, что введённая им вакцина была испорчена и изготовил новую, после чего ввёл подопытным. Дальнейшее наблюдение за ними не привело к привычному результату. Подобный эксперимент дал понять, что процесс инфицирования кур ослабленными бактериями поспособствовал выработке у них защитной реакции и предотвратило развитие заболевания.

В наше время широко применяются следующие вакцины против холеры:

• WC/rBS. Данная вакцина способствует оказанию 90% защиты от холеры независимо от возрастной категории на протяжении 6 месяцев с момента использовать двух дозировок с недельным перерывом.
• WC/rBS модифицированная. В её содержании не имеется рекомбинантной В-субъединицы. Использовать вакцину необходимо в 2 дозировки с 7-дневным перерывом.
• CVD 103-HgR. Однократное введение дозы обеспечивает сильную защиту от холеры. Спустя 3 месяца она составила 65%.

Кто изобрел вакцину от бешенства

Вакцина от бешенства была изобретена в 1885 году французским химиком и биологом Луи Пастером. Эта болезнь на то время в 100% случаев заканчивалась смертью. После изобретения вакцины учёный длительное время не решался проверить её действие на себе, и когда собрался это сделать к нему привели девятилетнего мальчика полностью искусанного собакой. У него не оставалось шансов выжить. В выздоровление ребёнка никто не верил, но после вакцинации на глазах у множества людей и прессы больной выздоровел, что и принесло учёному мировую славу.

Создатель прививки от полиомиелита

Проведение первой вакцинации против полиомиелита случилось 23 февраля 1954 года. До её появления приблизительно 40% больных калечил паралич, а 10% умирали от дыхательной недостаточности. Для спасения жизни людей использовали камеры, где совершалась перемена давления воздуха. В таких условиях больные доживали остаток дней.

Первая вакцина от полиомиелита была создана американским вирусологом Джонасом Солком, но он изначально не был заинтересован полиомиелитом. После обучения на врача ученый понял, что хочет стать микробиологом. Во время войны Джонас Солк принимал участие в разработке вакцины против гриппа и смог открыть новый штамм.

В проведении полномасштабного исследования ему помог Национальный фонд борьбы с детским параличом. На финансовую поддержку с их стороны, специалисты смогли разводить вирусы в клетках почек обезьян и производить их очистку с использованием антибиотиков.

В 1952 году Джонас Солк проверил вакцину на себе и своих близких, снимая весь процесс на плёнку. Позже отснятый материал будут использовать в качестве успокоительного средства для детей, которые будут проходить вакцинацию от полиомиелита. Процедура прошла успешно и не вызвала проявления аллергических реакций.

23 февраля 1954 года Джонасом Солком и несколькими врачами была проведена вакцинация неизвестным средством 5 тысяч школьников в Питтсбурге. Собранные анализы показали наличие антител, и уже 26 апреля чиновники здравоохранения разрешили проводить вакцинацию более миллиону детей.

Кто придумал средство для профилактики туберкулеза

БЦЖ представляет собой вакцину против туберкулёза. Её создателем является два французских учёных: Герен и Кальметт.

Открытие состоялось в 1923 году, но распространение данного средства произошло только по истечении нескольких лет.

В составе вакцины имеется штамм коровьей туберкулёзной бациллы, выращенной в искусственной среде.

Она вызывает болезнь слабой степени для того, чтобы у человека выработался к ней иммунитет.

Первые специализированные иммунологические институты

В конце XIX века появились первые специализированные лаборатории иммунологии, а уже в XX веке возникло первое иммунологическое общество и отделы научно-исследовательских институтов.

Иммунология развивалась достаточно быстро и получила общественное признание не без помощи множества проведённых опытов учёных и внешних вкладов в развитие данного направления.

Когда начали делать прививки повсеместно

История первых массовых вакцинаций:

• 1957 год — было принято решение о проведении вакцинации против коклюша в первый год жизни ребёнка, а массовые прививки проводились детям до пяти лет.
• 1960-1961 года — массовая вакцинация взрослых и детей от полиомиелита.
• 1967 год — введена обязательная вакцина против столбняка для детей.
• 1968 год — была произведена массовая кампания по вакцинации против кори.
• 1973 год — плановая вакцинация против кори в первый год жизни ребёнка.
• 1980 год — оспа перестала существовать, в связи с чем была произведена полная отмена защищающей от неё вакцины.
• 1998 год — было принято решение о введении двукратной прививки от краснухи, а также повторно провести вакцинацию от кори и гепатита В.
• Начиная с 2001 года была произведена повторная вакцинация взрослых и детей от кори, гепатита В и краснухи.
• 2011 год — проведена вакцинация детей, состоящих в группе риска гемофильной инфекции.
• 2014 год — вакцинация от пневмококковой инфекции.

Современные методы создания иммунобиологических препаратов

За последние годы иммунологи открыли новые и более эффективные способы разработки вакцин. Среди них:

• Генетическая иммунизация (или ДНК-вакцинация). Подразумевает внедрение в организм не белка-антигена, а нуклеиновой кислоты, в которой информация о белке закодирована. Необходимый ген вставляют в безопасный вирус или кольцо ДНК, после чего носитель проникает в клетку, где синтезирует белки. Далее клетка самостоятельно производит вакцины непосредственно внутри организма. Действие сохраняется на срок до двух лет, обеспечивая полноценный иммунитет с высокой защитой от вирусных инфекций.
• Обратная вакцинология. Этот метод является абсолютной противоположностью ранее применяемого, когда при создании вакцин шли от целого микроорганизма к его компонентам. Обратная вакцинология предполагает путь от генома к его продуктам. Для определения нуклеотидной последовательности генома требуется не более нескольких недель. Благодаря рекомбинантным технологиям ослабленный вирус сейчас можно получить за более короткий срок. Для это вырезают ген из генома вируса, отвечающий за болезнетворные свойства, однако, не оказывает влияния на иммуногенность или размножение. Полученный в итоге вирусный штамм применяют для изготовления вакцины.

Создание вакцин является важным этапом в развитии медицины. На их разработку ушло немало времени, и не так давно они начали массово применяться и стали обязательными.

За счёт вакцинации в детском возрасте значительно сократилось число болеющих теми или иными опасными инфекционными заболеваниями, что дополнительно подтверждает её важность.

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.