Современные вирусы и вакцины

Как создают вакцину от коронавируса и может ли она остановить пандемию

Десятки биотехнологических компаний и научных институтов наперегонки с пандемией создают разные варианты вакцин от нового коронавируса SARS-CoV-2. Разбираемся, какие технологии используют для их разработки, сколько времени пройдет до момента, когда от COVID-19 можно будет делать прививки, и сможет ли будущая вакцина остановить пандемию.

Каждый раз, когда человечество сталкивается с новой инфекцией, одновременно стартуют три гонки: за лекарством, тест-системой и вакциной. Мы уже писали о том, как врачи ищут эффективное лекарство, перебирая все известные противовирусные препараты. И рассказывали, как работают тест-системы, и что мешает проверить с их помощью все население планеты. Теперь время поговорить о вакцинах. На предыдущей неделе в России начались испытания антикоронавирусной вакцины на животных, а в США — уже на людях. Значит ли это, что победа над эпидемией близка?

По данным ВОЗ, около 40 лабораторий в мире заявили о том, что ведут разработку вакцин против коронавируса. И несмотря на то, что среди них есть явные лидеры — например, китайская компания CanSino Biologics, которая получила разрешение на испытания на людях, и американская Moderna, которая их уже начала — сейчас сложно предсказать, какая из компаний победит в этой гонке, а главное — обгонит ли разработка вакцин распространение коронавируса. Успех в этом забеге зависит не в последнюю очередь от выбора оружия, то есть от принципа, на котором построена вакцина.

Мертвый вирус — плохой вирус

Различные подходы к созданию вакцины (на примере ВИЧ). Слева: "убитый" вирус, ослабленный вирус, синтетический вирусный белок. В центре - раздробленный вирус. Справа - вирусный вектор, бактериальный вектор и ДНК-вакцина.

Разделяй и вакцинируй

Вирус табачной мозаики

Голые гены

Превратности и хитрости

Как только вакцины из теоретических разработок превращаются в объект исследований, препятствия и ограничения начинают расти, как грибы. И финансирование — только одна из проблем. По словам Карповой, в МГУ уже есть образец вакцины, но для дальнейших испытаний понадобится сотрудничество с другими организациями. На следующем этапе они планируют проверять безопасность и иммуногенность, и это можно сделать в стенах университета. Но как только потребуется оценить эффективность вакцины, то придется работать с патогеном, а это в учебном заведении запрещено.

Существование вируса гриппа было доказано именно в экспериментах на хорьках, они же до сих пор служат моделью для многих вирусных болезней

NIMR London / flickr.com

Есть несколько этапов, на которых процесс можно ускорить. Самый очевидный — разработка. Американская компания Moderna вырвалась вперед, потому что давно занимается созданием мРНК-вакцин. И чтобы сделать еще одну, им оказалось достаточно расшифрованного генома нового вируса. Российские коллективы из Москвы и Казани тоже не первый год работают над своей технологией и опираются на результаты испытаний своих предыдущих вакцин от других болезней.

Следующий этап — доклинические испытания, то есть работа с лабораторными животными. Это не самый долгий процесс, но за его счет можно выиграть, если совместить их с клиническими испытаниями на людях. Именно это сделала Moderna — они ограничились быстрой проверкой на безопасность и сразу перешли к исследованиям на людях. Однако стоит помнить, что препарат, который они пробуют, относится к самым безопасным. Поскольку они не используют ни вирусы, ни рекомбинантные белки, то очень невелик шанс, что у добровольцев возникнут побочные эффекты — иммунной системе просто не на что агрессивно реагировать. Худшее, что может произойти, — вакцина окажется неэффективной. Но это еще предстоит проверить.

А нужна ли вакцина?

Стоит ли сокращать клинические испытания — вопрос спорный. Во-первых, это сам по себе процесс небыстрый. Во многих случаях вакцину нужно вводить в несколько этапов: если вирус не размножается сам по себе внутри организма, то он быстро выводится, и его концентрация оказывается недостаточной, чтобы вызвать серьезный иммунный ответ. Поэтому даже простая проверка эффективности займет не меньше нескольких месяцев, а за безопасностью вакцины для здоровья добровольцев врачи собираются следить целый год.

Бывают случаи, добавила она, когда необходима экстренная вакцинация по жизненным показаниям, в ситуации, когда речь идет о жизни и смерти. Например, во время вспышки сибирской язвы в Свердловске в 1979 году вакцинировали всех подряд, тысячи людей экстренно прививали и в 1959 году в Москве во время вспышки натуральной оспы, привезенной из Индии художником Алексеем Кокорекиным.

Таким образом, разработчики вакцин всегда находятся в неудобной ситуации. Пока вируса нет, вакцину создать практически невозможно. Как только вирус появился, оказывается, что это необходимо было сделать позавчера. А когда он отступает, то производители теряют своих клиентов.

Тем не менее, вакцину необходимо сделать. Этого не произошло во время предыдущих вспышек коронавирусных инфекций — и MERS, и SARS слишком быстро закончились, и исследования лишились финансирования. Но если случаев SARS в мире не наблюдалось с 2004 года, то последний случай MERS датируют 2019 годом, и никто не может гарантировать, что вспышка не повторится. Кроме того, вакцина от предыдущих инфекций может стать стратегической платформой для разработки будущих вакцин.

Как вы попали в группу по работе над вакциной? Расскажите о своей специализации и профессиональной истории.

Кто еще входит в группу?

Прежде чем мы перейдем к вопросу о вакцине непосредственно от коронавируса: если говорить простым языком — каков принцип работы прививок?

Вакцины принято делить на живые (MMR/ротавирус), состоящие из живых ослабленных возбудителей болезни, инактивированные (гепатит А, бешенство, грипп), которые включают в себя фрагменты бактерий или вирусов, анатоксины (столбняк/коклюш/ дифтерия), из специальным образом обработанных токсинов бактерий и вакцины на основе генетического материала.

Стратегия вакцинации основана на существовании феномена иммунологической памяти. Это значит, что при повторной встрече с вирусом или бактерией клетки иммунной системы начинают вырабатывать антитела, направленные против данного инфекционного агента (антигена). Это позволяет быстро обезвредить вирус или бактерию и предотвратить повторное развитие болезни. В этой игре вакцина обеспечивает первое знакомство иммунной системы с антигеном. Вакцина должна быть сконструирована таким образом, чтобы иммунная система распознала ее как инфекцию и начала борьбу с этим патогеном. Именно поэтому, повышение температуры тела является побочным эффектом некоторых, в основном живых, прививок.

Как устроен процесс разработки вакцины? Как будет выглядеть прививка от коронавируса?

Сегодня в условиях COVID-19 большая часть лабораторий работает над вакцинами на основе вирусного генетического материала, на основе фрагментов вирусов (как правило, поверхностных белков) и на основе вирусных векторов (генетически модифицированные вирусы, способствующие синтезу только определенных патогенных белков).

В нашей лаборатории мы разрабатываем вакцину, основным компонентом которой является вирусная РНК. Это значит, что препарат не содержит ни ослабленный вирус, ни его структурные элементы. Мы используем не всю генетическую информацию вируса, а только тот фрагмент РНК, который кодирует поверхностный S-белок. Введенный в организм фрагмент вирусного генома попадает в клетку. В результате клетка сама синтезирует большое количество S-белка, против которого начинает работать иммунная система. Обычно формирование иммунитета занимает около 2 недель. Таким образом, следующая встреча с вирусом приведет к немедленному уничтожению клетками иммунной системы, что не даст болезни развиваться.

Наша технология позволяет существенно снизить дозу необходимого препарата. Это позволит не только сократить финансовые расходы, но и сделать гораздо больше вакцин, доступных для большего количества людей. Обычно в организме человека одна молекула РНК служит матрицей для одной молекулы белка. Таким образом, стандартная РНКовая вакцина должна содержать большую дозу РНК. В нашей вакцине, мы используем РНК, которая способна к самовоспроизведению. В результате одной молекулы РНК достаточно для создания большого количества S-белков, а значит, доза, необходимая для одной вакцины значительно снижается.

Верно ли я понимаю, что сейчас несколько стран делают свои версии вакцин параллельно друг другу?

На сегодняшний день в мире более 35 лабораторий усиленно работают над вакциной против COVID-19. Исследователи общаются между собой и делятся информацией, но у каждой лаборатории свой подход и свои технологии. Это не соревнование между лабораториями, это состязание нас — как человечества — с вирусом, и в наших общих интересах как можно быстрее найти наиболее эффективный способ его победить.

Неизвестно, какая технология даст лучший результат. Часть из них не пройдут испытания, часть придется модифицировать, и они выйдут на рынок позже.

Иммунитет — это головоломка, которую ученые продолжают разгадывать. Иммунная система каждого человека индивидуальна, и именно поэтому кто-то переносит болезнь легко, а кому-то требуется госпитализация. Каждая возрастная группа обладает своими иммунологическими особенностями. Мы пока не знаем, какая стратегия окажется наиболее эффективной для той или иной группы людей и какая вакцина подойдет для широкого использования. Важно, что, работая все вместе, мы прилагаем максимум усилий, чтобы найти вакцину и сделать ее доступной в максимально короткие сроки.

Сколько времени уходит обычно на разработку и тестирование новой вакцины? Какие есть этапы у этого процесса?

В нормальной ситуации разработка и утверждение вакцины может занять до 10 лет. Например, на создание вакцины против лихорадки Эбола ушло почти 6 лет. Работа над вакциной началась в 2014 году, а в ноябре 2019 года Европейская комиссия одобрила выпуск вакцины Ervebo на широкий европейский рынок.

Первый этап, включающий в себя исследование и выбор метода, может длиться годами. Подробный анализ результатов работы других исследователей в конкретной области служит базой для создания дизайна нового проекта. Когда проект готов, на разработку препарата требуется от нескольких недель до нескольких месяцев, в зависимости от вида вакцины. Производство вакцины на основе генетического материала требует сравнительно мало времени. Сначала на основе известного генетического кода модель проектируют в компьютерной программе, после чего синтез вакцины занимает примерно неделю.

После изготовления вещества начинаются проверки. Глобально процесс тестирования можно разделить на два этапа: доклинические исследования и испытания на людях. К доклиническим исследованиям относятся исследования in vitro на клеточных культурах и испытания на животных моделях. Обычно для этого используют лабораторных мышей, хорьков и человекоподобных приматов (макак). Испытания на животных позволяют с минимальными затратами выявить серьезные побочные реакции и определить эффективность препарата.

«Основная проблема на сегодняшний день в том, что система здравоохранения не готова к такому количеству пациентов, которым необходима госпитализация«

Обычно это занимает от нескольких месяцев до нескольких лет. В спокойной обстановке у исследователей есть время на то, чтобы пробовать новые методики, придумывать, как модифицировать и совершенствовать препарат. Но в экстремальных условиях все пытаются максимально сократить сроки. Наша и многие другие лаборатории уже начали испытывать свои препараты на животных. Все работают над тем, чтоб как можно быстрее начать клинические испытания на людях.

Как проводятся испытания на человеке?

Испытания на человеке обычно состоят из трех фаз:

1-я фаза проводится на малой группе волонтеров (от 20 до 100 человек) и занимает примерно 3 месяца. На этом этапе главный вопрос — это безопасность применения вакцины для человека и наличие серьезных побочных эффектов.

2-я фаза включает в себя несколько сотен человек, и здесь мы проверяем эффективность препарата и иммунную реакцию. На данном этапе также пытаются определить оптимальную дозу препарата.

В 3-й фазе участвуют уже десятки тысяч человек. Как правило, это слепые исследования, в которых сравнивают иммунную реакцию людей, получивших настоящий препарат и плацебо.

Как правило, на клинические испытания отводят 2-4 года, но в условиях эпидемии большинство ученых надеются получить необходимые результаты за 12-18 месяцев.

Как можно ускорить этот процесс?

Есть несколько способов. В условиях эпидемии нет времени на изучение новых методик. Для создания нового препарата многие ученые работают на хорошо исследованных ранее платформах, которые они использовали для производства других вакцин. Это также позволяет им принять решение по сокращению испытаний на животных. Также есть возможность немного сократить и клинические исследования. Если вторая фаза клинических испытаний проводится на достаточно большом количестве добровольцев, препарат показывает высокую эффективность и минимальные побочные эффекты, комиссия может одобрить начало масштабного производства препарата одновременно с началом третьей фазы исследований.

Как вы предполагаете, когда ориентировочно (в России или другой стране) появится первая вакцина от коронавируса?

Об этом очень сложно говорить, потому что мы не можем сейчас утверждать, какая из вакцин пройдет все испытания. Неделю назад американская компания (Moderna) начала первую фазу клинических испытаний. Многие лаборатории планируют начало исследований на людях на конец мая. При идеальном раскладе к началу 2021 года можно будет начать широкое производство.

Но не надо забывать, что весь процесс зависит не только от качества и эффективности препарата. Разработка новой вакцины — это как производство автомобиля. Кто-то работает над двигателем, кто-то разрабатывает дизайн, а кто-то проводит краш-тест, но все ответственны за конечный результат. Так и с прививками: в одной компании надо заказать реагенты, другая фирма предоставит животных для испытаний, о проведении испытаний на людях надо договариваться с больницами и, конечно, все зависят от финансирования. Нередко бывает, что эти фирмы и компании находятся в разных странах, а карантин и прочие ограничительные меры могут играть не в нашу пользу. Мы все рассчитываем друг на друга и задержка на любом этапе удлиняет весь процесс.

Есть мнение, что к моменту создания первой вакцины вирус уже мутирует и от нового штамма прививка будет неэффективна. Оправданны ли эти опасения?

Как вы считаете, принимаемые сейчас в России меры для сдерживания распространения вируса достаточные?

Карантинные меры меняются каждый день. В России еще на прошлой неделе можно было свободно пойти в торговый центр. Несколько дней назад закрыли всевозможные места большого скопления людей и ограничили въезд для иностранных граждан, а уже сегодня для всех жителей Москвы независимо от возраста введен режим самоизоляции. Пока рано делать выводы, но кажется, что достаточно серьезные карантинные меры работают. В Ухане уже некоторое время нет новых случаев, в нескольких странах, где введен карантин, количество подтвержденных новых случаев болезни продолжает расти, но с меньшей интенсивностью. Тем не менее неизвестно, как будет меняться эпидемиологическая ситуация, когда города и страны начнут открывать границы.

Лучшим способом не заболеть и не заразить себя и своих близких будет соблюдать рекомендации, максимально ограничить выход на улицу и соблюдать дистанцию между людьми.

Вирус достаточно заразный. Инфицирующая способность вируса определяется базовым репродуктивном числом (R0). R0 показывает количество человек, которое может заразить один инфицированный, при условии, что все могут заразиться. К примеру, у кори R0=18, у вируса гриппа R0=1.6, R0 для SARS Cov-2, по разным данным, равен 2.3-2.8. Это значит, что вероятность заболеть сезонным гриппом, если вы не делали прививку, примерно в 1.5 раза меньше.

Основная проблема на сегодняшний день в том, что система здравоохранения не готова к такому количеству пациентов, которым необходима госпитализация.

Несмотря на то, что многие переносят этот вирус достаточно легко, нам не стоит пренебрегать карантином. В условиях эпидемии мы отвечаем друг за друга. Молодые люди ответственны за то, чтобы не распространять инфекцию и не заразить тех, для кого это может стать фатальным. Люди из группы риска ответственны за то, чтобы не подвергать себя опасности и не увеличивать нагрузку на врачей, которые вынуждены работать на износ.

Есть ли у ученых сейчас понимание того, вырабатывается ли иммунитет к коронавирусу?

Клетки памяти могут жить в организме достаточно долго. Например, клетки памяти, направленные на выработку антител против черной оспы, сохранялись в крови у пациента иногда более 60 лет: в среднем от 15 до 30 лет. Но большинство клеток памяти со временем деградируют. Поэтому, прививки, сделанные в детском возрасте не являются гарантией защиты от инфекции для взрослого человека.

Лабораторным признаком формирования стойкого долговременного иммунитета после перенесенной инфекции является наличие в плазме крови специфических иммуноглобулинов группы G. Мы уже точно знаем, что в ответ на SARS-CoV-2 организм человека вырабатывает иммунитет. Данные из Китая и Австралии говорят о том, что в крови у выздоровевших пациентов выявляется достаточно высокий титр антител G. Эксперименты in vitro подтверждают, что концентрация антител достаточная, чтобы обезвредить вирус. Мы с уверенностью можем сказать, что у этих пациентов сформировался иммунитет и в ближайшие несколько месяцев они не могут заболеть повторно.

Информация о длительном иммунитете против SARS-CoV-2 сегодня существует лишь в виде предположений, основанных на исследованиях после предыдущих эпидемий коронавирусов (SARS-CoV и MERS). Обе эпидемии давали переболевшим стойкий иммунитет, который сохранялся на протяжении нескольких лет. У нас есть основания полагать, что инфекция SARS-Cov2 тоже дает выздоровевшим людям длительную иммунную защиту — но эти основания не достаточны для уверенного утверждения.

В новостях была информация о случаях повторного заражения

Вы абсолютно верно отметили распространение непроверенной информации через соцсети. Периодически появляются посты на тему, какие болезни дают иммунитет к коронавирусу. Например, есть мнение, что нельзя заболеть им, если у тебя ранее была пневмония. Эти рассуждения не более чем некомпетентные догадки или действительно могут быть заболевания, потенциально дающие иммунитет от нового вируса?

Глобальные события всегда связаны с появлением огромного количества непроверенной, неподтвержденной и неправильной информации. На официальном сайте ВОЗ в отделе, посвященном новой эпидемии, есть специальная секция, в которой рассказывают о мифах и фейковых новостях о COVID-19. Всем, кто сомневается в адекватности той или иной информации, я бы посоветовала обратиться к этому сайту и проверить.

Вирус, с которым мы имеем дело сегодня, новый для человечества. Люди раньше им не болели, поэтому не могли выработать против него иммунную защиту. Есть логичное предположение, что люди, которые в 2003 году перенесли SARS-CoV, устойчивы к новой инфекции. Это можно объяснить тем, что SARS-Cov и SARS-Cov-2 имеют почти 80% геномной идентичности. Тем не менее, тот факт, что эпидемия SARS-CoV , была более 15 лет назад, а количество заболевших немногим превысило восемь тысяч, говорит о том, что эти данные не играют большой роли с точки зрения коллективной защиты.

Может ли вирус исчезнуть сам собой (то есть все заразившиеся будут либо вылечены, либо умрут и новых случаев не будет) или это тоже из разряда фантастики и вирус никуда сам по себе не денется?

Обычно так и проходят эпидемии. Для того, чтобы вирус перестал активно циркулировать в популяции, им должны переболеть более 70% всех людей. Тогда будет сформирован коллективный иммунитет, и, если мы предполагаем, что иммунитет длительный, они не смогут заболеть повторно. Таким образом, у вируса будет гораздо меньше потенциальных жертв — а значит, коэффициент передачи снизится до уровней, при которых эпидемия сходит на нет сама собой.

Есть предположение о том, что климатические условия могут влиять на распространение вируса (по аналогии с ОРВИ, которые значительно хуже распространяются в летнее время). Если это окажется правдой, то летний сезон должен был бы оказаться дополнительным фактором снижения коэффициента передачи, и вместе с развитием иммунитета у растущего числа людей это помогло бы свести эпидемию на нет. Но научного подтверждения этому пока нет. Мы видим, что сегодня вирус активно распространяется во всех частях света вне зависимости от погоды.

Сейчас в Москве появилась возможность сдать тест на коронавирус по собственной инициативе, платно. Есть ли смысл это делать, если у тебя нет симптомов?

Тестовая система на COVID-19 основана на принципе полимеразной цепной реакции (ПЦР), которая позволяет определить наличие и количество вирусной РНК.

Отрицательный результат может свидетельствовать о трех ситуациях. Человек либо здоров, либо находится в инкубационном периоде, либо переносит болезнь бессимптомно.

Если человек здоров, отрицательный анализ сегодня не даст гарантии, что он/она не заболеет завтра. Отрицательный результат теста может ошибочно дать людям уверенность, что они не могут заболеть и карантинными мерами можно пренебречь. Это не так. Любой человек, не имеющий специфического иммунитета, может заболеть COVID-19.

Инкубационный период — это время от момента заражения до проявления первых симптомов болезни. Согласно данным центра по контролю и профилактике заболеваний США, инкубационный период при COVID-19 занимает от 2 до 14 дней. На сегодняшний день нет подтвержденных данных о том, что во время инкубационного периода человек заразен и выделяет большое количество вирусных частиц, превышающее порог чувствительности теста. Это значит, что анализ, выполненный на следующий день после заражения, как и за день до появления симптомов, скорее всего, даст ложный отрицательный результат. Поэтому для людей, находящихся в инкубационном периоде такой анализ не информативен.

Появление в лаборатории человека с бессимптомной формой заболевания может быть опасным для всех, кто будет стоять с ним/ней в одной очереди. Прежде чем пациент с бессимптомной формой получит положительный результат и сядет дома на самоизоляцию, он/она успеет передать этот вирус тем, для кого течение болезни окажется гораздо более тяжелым. Кроме того, возможность прийти в такую очередь за анализом может привлечь и людей с симптомами. Таким образом, очередь на такой анализ может быть отличным местом для распространения инфекции.

В случае, если у человека появились симптомы и согласно рекомендациям он имеет право на проведение анализа, а тестирование по той или иной причине откладывается, он может воспользоваться услугами такой лаборатории. Естественно, в этом случае анализ надо брать на дому с соблюдением необходимых правил защиты. На мой взгляд, это единственная ситуация, при которой сдать такой анализ платно было бы разумно.

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.

Читайте также: