Cercetare avansată a medicamentelor

În decembrie 1998, oamenii de știință au anunțat că au descifrat codul genetic al unei mici creaturi, nematodul, în timp ce testau pentru a descompune codul genetic al omului.

Peter Hansen și Petra Kraudelat își amintesc bine de acea zi. Cuplul de cercetători soț-soție a construit o mașină pentru ca o mică companie din Cambridge să studieze viermii. Și au pierdut mulți bani din contract.

Și apoi brusc acest vierme ciudat a devenit o celebritate științifică internațională. S-a dovedit că compoziția sa genetică este remarcabil de similară cu cea a omului. A ajutat cercetătorii să înțeleagă rolul anumitor gene și să dezvolte medicamente care pot fi utilizate pentru a trata, de exemplu, boala Alzheimer sau diabetul.

„În 1998, nimeni nu auzise nici măcar de nematod, cu excepția poate a unor biologi orbi”, spune Kraudelat, biolog și președinte al Union Biometrica. „Până la mijlocul anului 1999, toate companiile farmaceutice folosiseră deja acest vierme pentru programul lor”.

Iar structura pe care cuplul credea că îi va falimenta le-a dat brusc cheia pentru mai multe opțiuni - la fel și a lor.

Mașina ar putea face în câteva săptămâni ceea ce oamenii de știință căutau cu microscopul lor timp de aproape un an. Sute de mii de medicamente potențiale ar putea fi testate pe nematode vii și identificate ca afectând.

Hansen și Kraudelat consideră că timpul, riscul și costul descoperirii medicamentelor umane pot fi, de asemenea, reduse drastic.

„Una dintre lecțiile proiectului genomului uman este că automatizarea este o condiție prealabilă pentru cercetarea de bază în viață”, spune Hansen, medic și președinte și tehnolog șef la Union Biometrica.

Cercetarea medicamentelor este o afacere costisitoare și riscantă. Doar unul din 10.000 de compuși promițători va fi pe piață. Și asta durează în medie 15 ani și 300 de milioane de dolari. Și mai mult de jumătate din bani merg înainte ca medicamentul să ajungă la faza studiului clinic.

Viața companiilor farmaceutice și biotehnologice depinde de îmbunătățirea acestor rapoarte. Pe măsură ce medicina avansează, companiile farmaceutice se luptă să depășească bolile din ce în ce mai complexe și evazive. Investesc din ce în ce mai mulți bani în cercetare, ceea ce înseamnă, de asemenea, că trebuie să pună mai mult pe piață dacă vor să supraviețuiască financiar.

În același timp, există un indignare din ce în ce mai mare a publicului față de creșterea prețurilor la medicamente, ceea ce la rândul său încurajează producătorii de medicamente să caute modalități mai eficiente din punct de vedere al costurilor și mai puțin riscante de cercetare a medicamentelor. Cercetarea genetică are ca rezultat și cercetarea medicamentelor care necesită cercetarea medicamentelor pentru a funcționa mai repede și mai sistematic.

Împotriva acestor provocări, companiile farmaceutice și biotehnologice apelează la roboți, optică și computere de înaltă performanță pentru a ajuta la accelerarea ritmului cercetării medicamentelor.

Roboții încarcă, se deplasează și plasează tăvi pe care alte mașini monitorizează răspunsul celulelor la diferite preparate. Calculatoarele atribuie în mod regulat compuși modelelor genetice. Baze de date imense de informații genetice caută baze de date similare pentru alte gene.

Cu toate acestea, automatizarea încetează de obicei atunci când preparatul părăsește biroul cercetătorului pentru a fi testat pe șoareci sau alte animale. Oamenii de știință modifică genetic șoarecii pentru a imita bolile umane, le dau medicamentul de testat, îi monitorizează și apoi îi disecă pentru a vedea dacă medicamentul a avut vreun efect.

Procedura este consumatoare de timp, depinde foarte mult de laborator și este costisitoare. Cercetătorii pot dura luni de zile pentru a observa reacțiile șoarecilor. Descoperirile pot fi făcute de obicei numai după ce șoarecii au fost uciși și disecați și apoi studiați pentru răspunsurile lor biologice la boală și la medicament.

Acesta este motivul pentru care companiile farmaceutice și profesia științifică au fost atât de mulțumite de descoperirea surprinzătoare că nematodele și oamenii sunt similare genetic.

Spre deosebire de șoareci, nematodul este ieftin și ușor de studiat. Viermele este transparent și acest lucru permite cercetătorilor să-și studieze genele la microscop adăugând o proteină fluorescentă. Și când medicamentul oprește gena - care este un semn că medicamentul acționează - lumina se stinge.

Viermele se înmulțește rapid, creând sute de replici perfecte în câteva zile. Și pentru că este foarte mic (exemplarul adult are o lungime de 1 mm), poate fi depozitat cu ușurință într-o cutie Petri sau într-o eprubetă.

Cu toate acestea, există dezavantaje ale acestui proces. Datorită dimensiunii și agilității sale, este dificil de prins nematodul, se poate face doar la microscop cu o buclă de argint sau platină. Această muncă este obositoare și lentă. Și, deși este mai rapid decât testarea pe șoareci, este nevoie de zile pentru a analiza 1.000 de nematode.

Prin automatizarea procesului, Hansen și Kraudelat au reușit să condenseze munca zilelor într-un singur minut. Și odată cu asta, au inventat singurul sistem automat de testare a organismelor vii până în prezent. Dispozitivul poate fi, de asemenea, comutat pentru a testa alte organisme mici și simple, cum ar fi muslica și peștele zebră.

Un sistem automatizat de testare numit Platforma Tehnologică COPAS alimentează individual viermii într-un tub și îi transferă pe o piesă de echipament care citește genele fluorescente. Cu cât viermele sau muslica strălucește, cu atât boala este mai activă.

Scannerul transferă informațiile către computer, care aranjează viermele într-o imagine pe un ecran în funcție de vârsta și gradul său de boală. Computerul instruiește apoi dispozitivul să clasifice viermii în consecință.

Sistemul COPAS poate face toate acestea la o rată de 100 de viermi pe secundă. Cercetătorii pot folosi „metoda de ardere rapidă” pentru a testa mii de medicamente și pentru a le identifica pe cele care sting lumina fluorescentă, însă pot filtra și medicamentele care par să aibă efecte secundare toxice.

„Putem face două lucruri simultan: putem filtra devreme medicamentul care nu a reușit examenul și să pregătim calea pentru cel care pare promițător”, spune Hansen.

Când cercetătorii obișnuiau să înceapă testarea unui medicament pe șoareci, știau foarte puțin despre acel medicament. Atunci când este testat pe celule individuale sau probe de țesut într-o eprubetă sau o cutie Petri, un preparat se poate dovedi promițător, dar oamenii de știință nu au avut nicio informație despre cum funcționează totul în organismele vii.

Experimentarea cu nematode reduce numărul potențialilor candidați la începutul procesului, reducând astfel riscul ca aceștia să fie considerați inutili într-o etapă ulterioară.

„Nu este un înlocuitor al unui șoarece”, spune Kraudelat.

Echipamentul de testare costă între 200 și 700.000 USD, în funcție de complexitatea sistemului. Companiile care l-au achiziționat până acum îl folosesc pentru testarea intermediară între experimentele de laborator și experimentele cu șoarece.

Hansen și Kraudelat sunt convinși, totuși, că odată cu avansarea tehnologiei, experimentele de laborator pe celule și probe de țesut pot fi înlocuite, caz în care testul nematodului poate fi primul și ultimul pas înainte de testarea pe șoareci.

Astăzi, o companie costă în medie 300 de milioane de dolari pentru o companie să încerce o formulare de la idee la primul studiu clinic uman. Hansen și Kraudelat spun că tehnologia lor ar putea reduce acest număr la mai puțin de 50 de milioane în următorii cinci ani.

Cuplul nu și-a făcut publicitate și nu și-a publicat invenția în reviste științifice. Nu există prea multe referiri la Union Biometrics în mass-media. Ei spun că erau prea ocupați ca să le pese de mass-media.

Cuvântul din gură s-a răspândit însă la echipament și a fost căutat de cele mai mari companii farmaceutice. Printre clienții săi se numără giganți precum AstraZeneca PLC, Aventis SA, Johnson & Johnson, Novartis AG, SmithKline Beecham și Glaxo Wellcome PLC.

În mai, după ce compania lor a fost finanțată din încasările din contractele lor, Hansen și Kraudelat au acceptat un capital de risc de 2 milioane. A sosit momentul, au spus ei, să își concentreze eforturile pe dezvoltarea și comercializarea de noi tehnologii, să nu trebuiască să se ocupe de bani. Compania Somerville se închide anul acesta cu 4 milioane, suma urmând să se dubleze anul viitor. Cu aproximativ 130 de laboratoare interesate de echipamente, cea mai mare problemă a lor este acum de a angaja oameni care să satisfacă nevoile.

„Învățarea despre modul în care funcționează noile gene descoperite va necesita noi echipamente și tehnologie”, spune Hansen. „Asta putem oferi de fapt, noi modalități de a studia bolile și de a dezvolta tratamente pentru a le vindeca”.

Johan Geysen, cercetător la Janssen Pharmaceutica NV, membru al familiei Johnson & Johnson, a declarat că Janssen a început să lucreze cu nematode în 1995, în timp ce experimenta un antidot pentru boala Alzheimer și anumite tipuri de cancer.

Nematodul are un sistem nervos central surprinzător de avansat, ceea ce îl face ideal pentru studierea bolilor precum Alzheimer, scleroza multiplă și Parkinson. De asemenea, poate prezenta unele boli legate de vârstă, anumite tipuri de cancer și tulburări ale sistemului imunitar. Nu are sistem cardiovascular, deci nu poate fi utilizat pentru studierea bolilor de inimă.

Când Geysen a auzit despre tehnologia Union Biometrica, el și-a stârnit imediat interesul. De când a lucrat cu noua tehnologie, el a crescut viteza cercetărilor sale de o mie de ori.

Într-o oră, oamenii de știință ai companiei pot testa și analiza acum 10.000 de nematode.

„Avantajele sunt clare", spune Geysen. „Deoarece este mai rapid și mai rentabil, poate testa multe ipoteze în același interval de timp. În câțiva ani, o mulțime de medicamente noi ar putea fi pe piață cu un timp semnificativ și economii de costuri ".