Створення будь-якого нового препарату вимагає великих тимчасових і фінансових витрат. В середньому, за даними Великий Фарм, шлях від знаходження перспективної молекули до виведення на ринок готового ліки займає не менше 10 років і вимагає не менше 1-2 млрд доларів. Передові фармацевтичні компанії шукають шляхи скорочення витрат і часу. Найбільш перспективним з них сьогодні вважається математичне моделювання, або MS (від англійського modeling and simulation. - Ред.).
Всі процеси в людському організмі підпорядковуються базовим законам фізики і хімії. А це означає, що його основні характеристики та закономірності можна описати математичними формулами і рівняннями і створити комп'ютерну модель окремих клітин, рецепторів, тканин, окремо взятого органу, системи або навіть всього організму в цілому. Різні компанії також моделюють "віртуальних пацієнтів", щоб відстежити стан хвороби, оцінити вплив різних лікарських препаратів на її перебіг і на життєво важливі системи організму.
При створенні нових ліків математичне моделювання та комп'ютерна симуляція також мають ряд переваг в порівнянні з традиційними методами дослідження. Вони дозволяють теоретично оцінити і кількісно виміряти вплив речовини на весь організм в цілому, навіть на ті органи і системи, на які воно безпосередньо не впливає, але які можуть бути порушені побічно через складні і тривалих взаємодій, властивих біологічним системам. У деяких випадках комп'ютерний експеримент, заснований на реальних даних, дозволяє передбачити побічні ефекти речовини, які виявляться лише в майбутньому, хоча і не скасовує етапу доклінічних досліджень кандидатних ліків на експериментальних тварин і проведення циклу клінічних досліджень при його реєстрації.
- Методи математичного моделювання дозволяють знизити ризики на всіх стадіях створення ліків і показати найбільш ймовірні шляхи продовження досліджень, - пояснює експерт з моделювання підрозділи MS компанії "Новартіс" Борис Шульгин. - Ми починаємо працювати на ранній стадії створення препарату, з'ясовуючи, як він буде вести себе в організмі людини, з якими рецепторами клітин і білками взаємодіяти і де саме в довгому ланцюжку різних реакцій найбільш перспективно зробити "корекцію" біології хвороби. На цьому етапі моделювання дозволяє знайти найкращі мішені для ліків.
Після етапу доклінічних випробувань на тваринах настає черга першої фази клінічних випробувань на здорових добровольцях, мета якої - з'ясувати, яку дозу препарату можна дати людині, щоб вона була безпечною.
- З одного боку, вона повинна бути максимально великою, щоб дала хороший ефект, з іншого - не такий великий, щоб проявилися негативні наслідки, - каже експерт з моделювання підрозділи MS компанії "Новартіс" Кирило Пєсков. - Моделювання дозволяє визначити терапевтичне вікно з максимальною точністю.
За цією технологією можна створювати різні моделі. Біологічні дозволяють зрозуміти, як ліки взаємодіє з мішенню, яка швидкість його поширення в організмі, швидкість протікають реакцій і т.п. Фармакологічні - підібрати найбільш ефективну дозу, оптимізувати фармакокінетику і фармакодинаміку препарату, зрозуміти, як він себе поведе в людині. Статистичні моделі дають можливість перевірити ефективність препарату на великих кількостях пацієнтів, а економічні - прорахувати витрати, рентабельність, можливий прибуток і т.п. Моделювання також дозволяє розробити дизайн клінічних досліджень. Все це дозволяє істотно скоротити витрати на створення нового препарату і його виведення на ринок.
В останні роки компанії Велика Фарма почали розвивати цей напрямок не тільки за кордоном, але і в своїх представництвах в Росії, оскільки наші дослідники традиційно сильні в математиці, хімії і біології, а наукові лабораторії мають великий потенціал. Немає сумнівів в тому, що за математичним моделюванням в фармакології - велике майбутнє.
Володимир Дорофєєв, професор, радник з наукових питань AIPM:
- У процесі створення лікарських засобів математичне моделювання дозволяє вирішувати різноманітні завдання, коло яких розширюється в міру зростання продуктивності обчислювальної техніки і збільшення можливостей програмного забезпечення. На перших етапах розробки лікарських засобів велику роль відіграють підходи, що дозволяють створити модель взаємодії віртуальних молекул з різними елементами і системами людського організму, в першу чергу з рецепторами. Це особливо актуально для лікарських засобів біологічного походження, молекули яких мають дуже складне просторове будова.
Математичне моделювання, хоча і в меншій мірі, застосовується і для опису процесів всмоктування, розподілу, метаболізму та виведення діючих речовин.
Вартість таких програм на два порядки перевищує номінальну вартість звичних для нас "офісів", але зниження витрат часу і трудових ресурсів компенсує її з лишком, якщо науково-дослідницька діяльність здійснюється на регулярній основе.Конечно, повністю відмовитися від інструментальних досліджень, від дослідів на тваринах і досліджень на людях навіть в більш віддаленій перспективі навряд чи вийде, оскільки для природничо-наукових досліджень критерієм істини залишається практика.
Олена Федорова, завідувач кафедри інформаційних технологій та оптимізації виробництва лікарських засобів Санкт-Петербурзької хіміко-фармацевтичної академії, кандидат хімічних наук:
- Основне завдання медичної хімії - створення з'єднань із заданою фармакологічної активності. Однак виражену активність проявляє лише невелика частина речовин, що пройшли експериментальний скринінг. Уже синтезовано до 20 млн з'єднань, але подальше застосування знайшли лише близько 10 тисяч. Щоб не перевіряти активність ще 20 млн, вчені намагаються спрогнозувати, які структури будуть свідомо мати ефект, і лише потім їх синтезувати. У нашій академії студенти з 3-го курсу освоюють методи комп'ютерного моделювання та конструювання ліків, що дозволяють передбачати властивості з'єднань. На підставі віртуального скринінгу відбирають потенційні структури, які потім синтезуються хіміками, в тому числі також студентами та аспірантами. Потім в лабораторії фармакологічних досліджень їх тестують на виявлені в результаті моделювання види потенційної активності. Такі високопродуктивні процедури дозволяють у багато разів знизити витрати часу і грошей на їх розробку.
Віталій Пруцков, глава з інформаційного забезпечення RD "АстраЗенека" в Росії і Східній Європі:
- Використання математичного моделювання в фармацевтиці та біомедицину пов'язано з необхідністю прийняття швидких, об'єктивних і зважених рішень щодо подальшої розробки ліків. Ці рішення мають конкретні фінансові наслідки: кожен етап розробки потенційного препарату, починаючи з вибору мішені для ліків і закінчуючи його реєстрацією, підвищує вартість наступного кроку. Отже, прийняття неправильного рішення тягне за собою величезні потенційні втрати, в той час як правильний вибір може стати причиною успіху. На відміну від інженерної діяльності ми маємо справу з більш складною живою системою. Тому дуже важливо розуміти ліміт можливостей методів моделювання, бо нічого не замінює і не замінить експериментальну діяльність. Воно може лише фільтрувати очевидно непотрібні речі, а також направляти експериментальну діяльність.