С ЧЕГО НАЧИНАЕТСЯ ЛЕКАРСТВО

— Уральские ученые работают в этой области давно. В середине пятидесятых годов прошлого века в Институте экспериментальной патологии и терапии рака АМН СССР академик Л.Ф. Ларионов с сотрудниками создали противоопухолевый препарат «сарколизин», а профессор Уральского политехнического института (ныне УрФУ) З.В. Пушкарева вместе с доцентом В.Н. Конюховым разработали технологию его производства и организовали его выпуск на ленинградском заводе «Фармакон». В семидесятые годы в Институте химии УНЦ АН СССР (ныне ИОС им. И.Я. Постовского УрО РАН) под руководством кандидатов химических наук Л.Б. Радиной и Л.В. Алексеевой начались работы по синтезу и исследованию противоопухолевых веществ. Результатом этих работ, которые проводились в тесном контакте со специалистами РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, стало создание оригинального отечественного противоопухолевого препарата «лизомустин». Он успешно прошел все необходимые доклинические и клинические исследования, было организовано промышленное производство препарата. С 2007 года лизомустин включен в Государственный реестр лекарственных средств и применяется сейчас для лечения меланомы и рака легкого. Создание и внедрение в клиническую практику нового препарата, особенно в такой области, как онкология, — сложная комплексная задача. Достаточно сказать, что за последние 30 лет в онкологическую практику вошли всего лишь два оригинальных препарата, созданных российскими учеными, «лизомустин» — один из них. Его разработка и внедрение — предмет законной гордости нашего коллектива.

— Мы занимаемся дизайном противораковых препаратов на основе аминокислот и их производных. Такой подход, естественно, используется не только в нашей лаборатории. Но особенность нашего подхода заключается в том, что для активного транспорта соединения в опухолевую клетку мы стараемся сохранить нетронутым альфа-аминокислотный фрагмент. Собственно, препарат лизомустин служит примером очень удачной реализации этого принципа. Основа препарата — природная аминокислота лизин, к которой присоединена так называемая нитрозоуреидо-группа. Лизин необходим опухолевым клеткам для быстрого роста, поэтому лизомустин попадает в первую очередь именно туда. В опухолевой клетке происходит разложение нитрозоуреидо-группы с выделением частиц, поражающих ДНК и приводящих к гибели клетки.

Вообще аминокислоты сами по себе уникальные соединения. Только представьте: всего из 22 аминокислот состоят белки всех живых существ! Для нас аминокислоты — ценное химическое сырье: они разнообразны по строению, имеются в значительных количествах, и, что особенно важно, доступны в энантиомерно чистом виде. Поэтому на их основе можно синтезировать множество потенциально биологически активных соединений, так называемых библиотек. Выбор предполагаемых к синтезу структур, как правило, делается на основе компьютерного моделирования. Последующее биологическое тестирование позволяет выявить наиболее активные вещества, возможные кандидаты для создания новых лекарственных средств. Насколько сложен такой поиск, показывает тот факт, что примерно из 10 000 синтезированных соединений оригинальным препаратом становится лишь одно. Сегодня стоимость вывода на рынок нового препарата оценивается примерно в один миллиард долларов.

— Особый интерес для фармакологии аминокислоты представляют потому, что на их основе можно производить энантиомерно чистые лекарства. Чтобы объяснить, что это такое, придется сделать небольшое отступление.

Энантиомеры (от др.-греч. ἐνάντιος «противоположный» и μέρος «мера, часть») — пара стереоизомеров одной и той же молекулы, которые являются зеркальными отражениями друг друга, но не совмещаются в пространстве. Классический пример двух энантиомеров — правая и левая ладони: они имеют одинаковое строение, но различную пространственную ориентацию. Существование энантиомерных форм связано с наличием у молекулы хиральности — свойства не совпадать в пространстве со своим зеркальным отражением.

В результате химического синтеза, если не применять специальных приемов, получается смесь энантиомеров, которую довольно сложно разделить вследствие близости их химических и физических свойств. Впервые разделение энантиомеров было проведено Л. Пастером в 1848 году. Долгое время явление хиральности интересовало только небольшую группу химиков. До тех пор, пока не выяснилось, что разные энантиомеры одного и того же вещества имеют разную биологическую активность, а значит, и лекарственные препараты на их основе могут иметь различное действие.

Если лекарство состоит из смеси двух энантиомеров, то наряду с лечебным эффектом, полученным благодаря одному из них, оно может иметь побочные действие, обусловленное другим. Прием такого лекарства иногда закачивается трагически.

Самый страшный пример последствий использования непроверенного препарата — так называемая талидомидная катастрофа. В 1954 году одна из немецких фармацевтических компаний разработала эффективное успокаивающее и снотворное лекарство под названием «талидомид». В ходе его испытаний на животных не было выявлено никаких побочных эффектов. В 1957 году препарат был выпущен в продажу в Германии, а к 1958 производился и продавался уже в 45 странах мира под разными названиями. Никаких дополнительных исследований ни в одной из этих стран не проводилось. Более того, талидомид рекламировали как лучшее лекарство для беременных и кормящих матерей от предродовых беспокойств, а также от токсикоза. Однако в 1956 году в семье сотрудника самой фармацевтической компании родилась дочь без ушей. Муж давал своей беременной жене талидомид, который брал на работе. На этот факт поначалу не обратили внимания, однако уже к 1961 году резко выросло число младенцев с врожденными уродствами. Исследователи выявили крайне негативные последствия употребления талидомида беременными женщинами: препарат буквально уродовал эмбрион. И «виноват» в этом был один из стереоизомеров лекарства. 40% «талидомидных детей» не дожили до года. А у выживших либо полностью отсутствовали, либо были сильно недоразвиты руки, ноги, ушные раковины, глаза. За период с 1956 по 1962 год в мире родилось от 8000 до 12000 «талидомидных детей».

Сегодня получение энантиомерно чистых препаратов, т.е. не содержащих стереизомеры с опасным действием, — один из важнейших приоритетов в разработке лекарственных средств, а получение энантиомерно чистых соединений остается одной из наиболее сложных задач органического синтеза.

— Существуют разнообразные подходы к ее решению, в том числе традиционные. Можно брать для синтеза энантиомерно чистые вещества, например, аминокислоты, чем мы активно пользуемся. Главное — контролировать процесс и находить такие условия, чтобы в процессе синтеза не произошла потеря энантиомерной чистоты.

Но мы применяем и другие методы. Так, мы разработали оригинальный метод получения энантиомерно чистых аминов путем кинетического разделения рацематов, т.е. смеси двух энантиомеров. Этот подход основан на том, что один из стереоизомеров реагирует с разделяющим агентом намного быстрее, чем другой. В результате энантиомеры можно получить в индивидуальном виде. В качестве разделяющих агентов мы используем простые по структуре производные аминокислот. Мы обобщили свои результаты в монографии «Кинетическое разделение рацемических аминов», опубликованной в 2017 году, а в прошлом году вышла монография «Advances in Organic Synthesis» («Достижения в области органического синтеза»), одна из глав которой посвящена рассмотрению практических аспектов применяемого нами метода.

Энантиомерно чистые амины, полученные методом кинетического разделения, мы использовали как для разработки оригинальных методов получения известных антибиотиков, так и для синтеза новых антибактериальных и противоопухолевых препаратов. В свое время по заказу фирмы «Самсунг» мы разработали оригинальную технологию получения энантиомерно чистого амина — ключевого полупродукта для синтеза антимикробного препарата «левофлоксацин» и получили на него патенты России и Японии. Совместно со специалистами из УрФУ была разработана оригинальная технология получения и выпущены опытные партии левофлоксацина. Руководили этой работой академики О.Н.Чупахин и В.Н.Чарушин. И хотя сейчас в аптеке можно купить левофлоксацин из субстанции, произведенной в Китае, поскольку она дешевле, с точки зрения обеспечения лекарственной безопасности важно иметь собственный метод производства лекарства.

— В 2015 г. успешно завершены доклинические исследования еще одного противоопухолевого препарата «ормустин», предназначенного для лечения первичных и метастатических опухолей мозга. Результаты эпидемиологических исследований за последние 50 лет свидетельствуют об увеличении числа первичных опухолей центральной нервной системы в 1,5–3 раза. Метастазы в головном мозге являются серьезным осложнением течения опухолевого процесса, которое отмечается у 20–40 % онкологических больных. Совместно со специалистами НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России проведен полный комплекс химико-технологических и фармакологических исследований. Доказана эффективность и безопасность препарата. Фармакокинетические исследования показали, что ормустин избирательно попадает в мозг и накапливается в опухолевых тканях. Надеемся, что на основе этого соединения будет создан новый оригинальный препарат.

Еще одно направление наших исследований — создание препаратов для так называемой бор-нейтронозахватной терапии опухолей. Суть этого метода состоит в том, что лекарственный препарат, содержащий атомы изотопа бора — бор-10, избирательно накапливается в опухолевой ткани, под действием тепловых нейтронов (безопасных для организма) бор-10 испускает альфа-частицу, длина пробега которой сопоставима с размером клетки. Альфа-частица поражает опухолевые клетки, не задевая здоровые. Мы впервые синтезировали энантиомеры аминокарборанов — соединений, в молекуле которых содержится сразу десять атомов бора. На сегодняшний день мы синтезировали значительное число производных аминокарборанов с аминокислотами. Полагаем, что такие соединения смогут избирательно попадать в опухолевую клетку и повысят эффективность терапии по сравнению с известными препаратами.

Другая перспективная разработка — получение конъюгатов пуринов с аминокислотами. Мы показали, что среди этих соединений имеются вещества, обладающие не только противоопухолевой, но и противотуберкулезной активностью. Сегодня туберкулез снова становится одним из самых распространенных и опасных заболеваний, его называют «медленным цунами». Часто болезнь не поддается лечению, поскольку возбудитель приобрел устойчивость к известным лекарственным средствам. Нужны новые препараты, способные справиться с резистентными к существующим антибиотикам бактериями. Конъюгаты пуринов и есть такие вещества, эффективные против микробных штаммов с множественной лекарственной устойчивостью.

— Да, мы занимаемся также синтезом и исследованием соединений, обладающих противовирусной активностью, созданием гибридных материалов на основе магнитных наночастиц для повышения качества диагностики опухолей при МРТ-исследованиях и другими разработками на основе аминокислот.

— К сожалению, это зависит не только от нас. Думаю, если нам удастся создать новые соединения и доказать их превосходство над применяемыми в настоящее время препаратами, вопрос этот решится более или менее быстро. Положительный опыт реализации наших идей у нас есть.