Малые и большие молекулы: создание лекарственных средств на основе химических и биологических субстратов

Малые молекулы, получаемые в процессе химического производства (кратко обозначаемые как SMOL), являются классическими активными веществами, которые до настоящего времени составляют около 90 процентов от всех лекарственных препаратов, представленных на рынке. И наоборот, большие молекулы, также известные как биологические препараты, являются терапевтическими белками, значимость которых все больше и больше возрастает.

Малые молекулы: основа классических лекарственных препаратов

При разработке классических лекарственных препаратов используют малые молекулы действующих веществ, получаемых в процессе химического производства. Одним из примеров является ацетилсалициловая кислота (АСК), которая является активным компонентом аспирина, молекулярная масса которой составляет приблизительно 180 г/моль или 180 Да. Такие малые молекулы могут путем обработки преобразовываться в легко проглатываемые таблетки или капсулы. В случае растворения таблетки в желудочно-кишечном тракте действующее вещество всасывается через кишечную стенку и поступает в общий кровоток. Оттуда малые молекулы могут достигнуть почти любой надлежащей мишени в организме по причине своих крайне незначительных размеров. Кроме того, благодаря их мелкой структуре и химическому составу, такие вещества нередко могут проникать через клеточные мембраны.

Синтез малых молекул осуществляется классическим путем: посредством химических реакций между различными органическими и/или неорганическими соединениями. Небольшие количества действующего вещества для научных исследований получают в химической лаборатории с использованием, наряду с другим оборудованием, круглодонных колб и ротационных испарителей. На протяжении последних десяти лет также были созданы новые автоматизированные методы синтеза в научно-исследовательских лабораториях, которые позволяют фармацевтам параллельно осуществлять весь спектр процедур оценки реакционных смесей (также см. информацию о комбинаторной химии).

Ученые Bayer обращаются к высокопроизводительному скринингу для поиска малых молекул, которые могут впоследствии послужить «отправной точкой» для нового лекарственного препарата. Использование автоматизированного и роботизированного метода помогает осуществлять наиболее тщательный поиск по «библиотеке» соединений, в которой содержится более двух миллионов малых молекул.

Биопрепараты: инновационные препараты на основе белков

Биопрепараты (или биофармацевтические препараты) представляют собой класс лекарственных средств, основанных на белках, которые оказывают терапевтическое действие. Эти большие молекулы, которые состоят более чем из 130 аминокислот, и молекулярная масса которых может достигать 1500 г/моль (или 150 кДа), по сути, являются копиями или оптимизированными версиями эндогенных белков человека. Биопрепараты связываются со специфическими клеточными рецепторами, вовлеченными в развитие патологического процесса.

Моноклональные антитела специализируются на распознавании крайне специфических структур на поверхности клетки. При использовании в качестве противоопухолевой терапии они образуют избирательные связи, например, с рецепторами злокачественных клеток, в результате чего появляется возможность распознавать специфические патологические клетки и оказывать на них воздействие. Здоровые клетки, как правило, не являются мишенями в таких случаях, поэтому биопрепараты обычно реже вызывают развитие побочных эффектов, чем стандартные методы химиотерапии.

В ходе биологических исследований, проводимых в компании Bayer, также используются антитела в качестве молекул-переносчиков для токсических веществ с целью транспортировки клеточных ядов точно к месту их действия, а именно внутрь злокачественных клеток, при этом они не должны высвобождаться до момента прибытия к мишени. Такие комбинации антител и токсинов, воздействующих на клетку, также обозначаются как конъюгаты антитело-препарат.

Биофармацевтические препараты вводятся в организм путем инъекции или инфузии, так как в случае перорального приема они (как и другие белки) будут перевариваться в желудке и кишечнике и, следовательно, не окажут надлежащих эффектов (см. также информацию о технологии создания лекарственных форм). Они производятся в ходе биотехнологических процессов с участием генетически модифицированных клеток микроорганизмов, таких как бактерии или дрожжи, а также клеточными линиями млекопитающих. Для создания сложного белка может потребоваться около 1000 этапов производства.

Производству биологических препаратов для терапевтического применения предшествует процесс оптимизации, известный как генная инженерия, в рамках которого белковые молекулы, встречающиеся в естественных условиях, как правило, модифицируют под конкретную задачу. С учетом того, что белок должен обладать заданным клиническим эффектом, исследователи компании Bayer должны вначале изменить его структуру. Происходит систематическая замена аминокислот до тех пор, пока у биопрепарата-кандидата не будут достигнуты функции, которые могут даже преобладать над таковыми у эндогенного белка: например, он может образовывать более специфичные или более прочные связи с соответствующей молекулой-мишенью. Ежедневно проверке подвергаются приблизительно 80000 различных вариантов белка, подлежащих оптимизации. Это осуществляется с помощью полностью автоматизированного и роботизированного высокопроизводительного скрининга, а также с использованием специальных аналитических систем.

На протяжении последних лет биологические исследования приобретают все большее значение для компании Bayer. Принимая участие в подобных исследованиях, компания планирует увеличить в портфеле присутствие белковых лекарственных препаратов до 30%.

PP-PF-OTH-RU-0011-1