Не только стволовые клетки... (Е.Д. Свердлов, "Ремедиум", N 9, сентябрь 2005 г.)

Не только стволовые клетки...

Когда у нас говорят или пишут о клеточных технологиях, то чаще всего имеют в виду работу со стволовыми клетками. А между тем клеточные технологии основаны не только на стволовых клетках для медицины, не только на эмбриональных стволовых клетках для получения трансгенных животных, имеющих серьезные перспективы для сельского хозяйства, но главным образом на клетках млекопитающих, продуцентах широкого спектра физиологически активных веществ, играющих все более важную роль в медицине и фармакологии. Нам никак нельзя забывать об этой, казалось бы, скромной проблеме лекарственной индустрии, в которой при всей ее кажущейся второплановости в последние десять лет происходят революционные изменения, связанные, в частности, с установлением структуры генома человека.

Клеточные технологии подразумевают не только применение стволовых и иных клеток как таковых, но и использование продуктов их синтеза, обладающих лечебным эффектом, - я буду называть их довольно неуклюжим словом - биофармацевтиками. Наиболее актуальны в качестве производителей биофармацевтиков клетки млекопитающих, измененные с помощью приемов генной инженерии, и в результате этого несущие в своем составе ген нужного для производства вещества. Таким образом, биофармацевтики - это терапевтические средства или средства превентивной медицины, которые основаны на белках, естественно присутствующих в живых организмах, и которые получают с помощью технологий рекомбинантных ДНК. Традиционные "фармацевтики" представляют собой низкомолекулярные соединения, тогда как биофармацевтики являются белками, пептидами, иногда нуклеиновыми кислотами или даже модифицированными вирусами, бактериями или клетками.

В настоящее время рынок этих рекомбинантных биофармацевтиков громаден и представляет собой различные классы соединений, имеющих разное медицинское применение. Главные группы биофармацевтиков включают в себя гормоны, ферменты, факторы роста (например, цитокины), рецепторы и другие биорегуляторы, вакцины, моноклональные антитела. Недавно этот перечень дополнил такой очень мощный, на наш взгляд, но требующий проверки инструмент, как антисмысловые технологии.

Рынок биофармацевтиков постоянно растет. За десять лет - с 1993 по 2002 гг. - он увеличился с 8,4 до 32,4 млрд. долл. При этом на первом месте стоят продукты, получаемые на основе эритропоэтина, уровень их продаж в 2002 г. достиг 8,650 млн. долл. Различные иммуносупрессивные агенты и цитостатики занимают скромное 5-6 место. Однако каждый год их рынок возрастает более чем на 60%.

Эритропоэтины стимулируют рост красных клеток крови и широко используются при почечных проблемах и для предотвращения побочных эффектов при химиотерапии в онкологии (производители фирмы Amgen, Johnson & Johnson, Sankyo and Kirin Brewery). Стабильный рост продаж продуктов на основе эритропоэтинов связан с продолжающимся совершенствованием их качества. Например, Amgen недавно выставил на рынок производное эритропоэтина Aranesp, модификацию существовавшего до этого другого производного - Epogen, но с большей продолжительностью действия.

Быстрее всех растет рынок иммуносупрессивных цитостатиков и всех других цитостатиков, не включая антибиотики). В 2001-2002 гг. рост продаж составил 69% и 59% соответственно. Это отражает продолжающийся интерес к противораковым агентам со стороны фармацевтической и биотехнологической индустрии. В свою очередь, это отражает значительную неудовлетворенную медицинскую потребность в лечении наиболее распространенных видов рака.

В настоящее время биофармацевтическая промышленность развивается очень быстро. Только на последних стадиях клинических испытаний находится 270 различных продуктов. Это и противовирусные, и противораковые препараты, и препараты для лечения центральной нервной системы.

Большая часть этих препаратов получается в культивируемых клетках млекопитающих. Они стали доминирующей системой в производстве рекомбинантных белков для клиники, вследствие их способности к правильному фолдингу белков, сборке и посттрансляционным модификациям. В результате качество и эффективность этих белков как лекарственных средств намного выше, чем качество и эффективность тех белков, которые получаются в бактериальных, дрожжевых и других системах рекомбинантной биотехнологии, используемых в ее начальном периоде, т.е. в 70-90-е годы прошлого века.

Тогда бытовало и сейчас по инерции продолжает бытовать мнение, что производство в клетках млекопитающих чрезвычайно дорого. Но недавно продуктивность клеток млекопитающих, культивируемых в биореакторах, достигла граммов на литр, что в 100 раз больше того, что мы имели в середине 80-х годов. Это увеличение произошло главным образом вследствие усовершенствования состава сред и контроля процессов культивирования. Существуют перспективы дальнейшего улучшения систем за счет направленных генно-инженерных изменений клеток и векторов. В 1986 г. первым продуктом, полученным в клетках млекопитающих, стал человеческий плазминогенный активатор. Сегодня 60-70% всех рекомбинантных биофармацевтиков производится в клетках млекопитающих. Кроме того, оценки говорят, что сотни кандидатов находятся в стадии разработки.

Это увеличение продуктивности на два порядка привело к своеобразному кризису. Парадигмой этого кризиса явился биофармацевтик Enbrel - полученный генно-инженерным путем растворимый рецептор фактора некроза опухолей, который используется для лечения ревматоидного артрита. В 1998 г. он был выпущен на рынок фирмой Immunex, а через 2 года стал настолько популярен, что фирма не была в состоянии производить нужное количество этого препарата и организовала лист ожидания для пациентов. Дефицит продолжался вплоть до декабря 2002 г., когда фирму Immunex купила компания Amgen и построила гигантский завод. Потребность в препарате была удовлетворена.

Биопроизводство, до этого достаточно скучная часть биотехиндустрии, неожиданно попало в фокус внимания инвесторов, аналитиков, венчур-капиталистов и правительств. Начался настоящий бум строительства заводов по производству биофармацевтиков. Одновременно резко возросла продуктивность процесса. В результате вновь построенные производственные мощности оказались в значительной степени излишними. Можно предположить, что именно эти заводы будут определять возрастание производства в грядущие годы. Однако традиционное производство в клеточных системах прогрессирует так, что драматически меняет подходы к строительству и эксплуатации новых заводов.

Сейчас построить крупномасштабное коммерческое фармацевтическое производство стоит 300-500 млн. долл. и требует 4-5 лет на строительство и лицензирование. Бум относительно больших ферментеров был связан с производством моноклональных антител. Потребность в них требовала заводов, производящих сотни килограммов антител в год, и, следовательно, строительства 10 000-20 000-литровых биореакторов. Но сейчас наблюдается резкое улучшение выхода продукта в расчете на клетку. Выход 3-5 граммов антител с литра культивируемой среды позволяет считать, что эти крупномасштабные производства вскоре окажутся ненужными. Кроме того, улучшается качество продуктов, например, вследствие использования конъюгатов, которые могут циркулировать в крови значительно дольше. Это приводит к уменьшению объемов производства. Улучшение систем диагностики должно уменьшить количество пациентов, которым данный продукт действительно показан, что опять-таки приводит к снижению потребностей в производственных мощностях. Наконец, кроме успехов молекулярной биологии, новые подходы к созданию биореакторов могут резко сократить объемы, требуемые для производства нужных количеств продукта.

Существует несколько путей улучшения продукции биофармацевтических лекарственных препаратов. Во-первых, улучшение системы экспрессии. Во-вторых, совершенствование технологии, в частности, изменение состава среды, улучшение параметров процесса и технологии ферментации. В третьих, фундаментальные исследования свойств и совершенствование биофармацевтиков, а также фундаментальные исследования механизмов их действия. Все это приводит к резкому снижению необходимых производственных мощностей и, соответственно, к резкому удешевлению продукта на рынке.

На самом деле этот процесс еще очень далек от совершенства. Потенциал улучшения систем экспрессии достаточно высок. Подобно среде могут быть улучшены и клетки хозяина. Вероятно, что все суперпродуценты представляют собой клетки, улучшенные генетически. Публикации из академических лабораторий дают обилие примеров того, как рост, выживание или продуктивность рекомбинантных хозяйских клеток могут быть улучшены методами генетической инженерии. Протоонкогены, гены, контролирующие клеточный цикл, гены факторов роста и антиапоптические гены вставлялись в клетки для создания суперпродуцентов. К сожалению, индустриальные лаборатории не публикуют результаты своих исследований. Несомненно одно: с установлением структуры генома человека и прогрессом в раскрытии механизмов регуляции клеточных систем теоретические предпосылки для усовершенствования клеток быстро растут. В результате интенсивного исследования геномов патологически измененных организмов выявляется большое количество потенциальных биофармацевтических лекарств и возможностей их направленных улучшений.

Существует очень тесная обратная связь между развитием технологий и научными вкладами в эти технологии. Без науки невозможно развивать технологии. С другой стороны, не развивая технологии, очень трудно развивать науку. Для того чтобы создать хорошую дешевую технологию и выпустить на российский рынок доступные нашим гражданам биофармацевтики, нужно провести широкие фундаментальные исследования системы экспрессии, еще в несколько раз увеличить ее эффективность и разработать технологии, соответствующие нашим производственным мощностям. Одновременно технологии производства должны быть более экономичными, что позволило бы снизить цены продукции до уровня, доступного населению России.

Мы сейчас распыляем отпущенные на исследования деньги по разрозненным лотам, вместо того чтобы выбрать направление главного удара. Создание сфокусированной национальной программы "Клеточные биотехнологии" с РАН в качестве координирующего ведомства способствовало бы возрождению медицинской биотехнологии и заложило бы основы медицины XXI века в России. В свою очередь, развитие такой программы внесло бы значительный вклад в фундаментальные представления о структурной и функциональной организации живой клетки.

Е.Д. Свердлов,

академик РАН, директор Института молекулярной генетики РАН

"Ремедиум", N 9, сентябрь 2005 г.