Логотип журнала "Провизор"








Лаборатория на ладони

В одном из свои фильмов Шон Коннери сыграл врача, который жил в джунглях и искал лекарства от рака. Чтобы найти это лекарство, он изучал растительный и животный мир тропиков. Когда герою Коннери был необходимо проанализировать фармацевтические свойства какого-либо растения, он просто помещал лист или кусок коры в некий универсальный портативный компьютер, который сразу же сообщал ему, способно ли данное вещество вылечить заболевание…

Конечно, это всего лишь кино, но современные технологии очень скоро могут сделать мечту реальностью. Лабораторные инструменты становятся все меньше в размерах и все более автомазированными. Еще десять лет назад невозможно было представить, что могут сделать в фармакологии лазеры и другие современные изобретения. Раньше химики могли создать и исследовать всего одно соединение в неделю. Современное оборудование позволяет обрабатывать до 100 тыс. новых соединений в неделю. Такое повышение производительности стало возможно благодаря лазерным технологиям.

С помощью лазеров и светочувствительных устройств можно быстрее и точнее проводить флюоресцентное сканирование больших количеств образцов малого размера. Миниатюрные «химические лаборатории» позволяют работать с жидкостями объемом всего в нанолитр, причем каналы, по которым проходит жидкость, такие крошечные, что столовая ложка воды просачивалась бы по ним целый год.

Одна из таких микролабораторий - «генный чип», созданный компанией «Affymetrix». Этот чип представляет собой силиконовую полоску шириной 2 см, на которой размещены тысячи фрагментов ДНК. 65000 вариантов генетического кода, каждый длиной в восемь пар оснований, расположены в ряд. Когда мимо них проходит неизвестное вещество в форме небольших цепей белков или аминокислот, части этого вещества соединяются с фрагментами ДНК на силиконовой полоске. Если каждое звено находится на нужном месте, эти элементы могут соединиться, как застежка-»молния».

Каждая последовательность пар оснований может соединиться только со своим зеркальным отображением, поэтому такие соединения позволяют идентифицировать неизвестные вещества. Например, если исследователь знает, что в определенном месте на чипе расположена последовательность оснований, называемая цитозин, и что с цитозином соединяется только гуанин, то он может сделать вывод, что любое вещество, которое присоединяется к этому месту на чипе, является гуанином.

Чтобы было легче определять, соединяется ли исследуемое вещество с каким-либо фрагментом ДНК, молекулярные биологи присоединяют к концам цепи этого вещества флюоресцентные молекулы. Когда вдоль чипа проходит лазерный луч, эти флюоресцентные «флажки» возбуждаются и начинают испускать фотоны, высвечивая места присоединения исследуемого вещества. Эта флюоресценция обнаруживается с помощью светочувствительного устройства. Специальная программа считывает информацию об освещенных и неосвещенных последовательностях. Имея эту информацию, исследователи могут, например, выявить аномальные изменения - причину многих генетических заболеваний. Фармацевтические компании могут использовать эти данные для разработки препаратов для борьбы с наследственными заболеваниями.

Примерно такой же подход применяется при анализе веществ в комбинаторной химии. Создаются сотни вариантов одной молекулы, которые затем одновременно тестируются в сотнях ячеек на стеклянной микротитровой пластине. Огромные количества потенциально эффективных веществ проверяют с помощью флюоресценции, выбирая лучшее решение для конкретной задачи. Этот подход существенно отличается от традиционного процесса разработки лекарственных препаратов. Преимущество такой автоматизации заключается в устранении необходимости проводить анализы вручную. Это позволяет существенно сэкономить время и снизить вероятность ошибок, которые неизбежны при многократном повторении процедуры человеком.

В поисках веществ, которые могли бы стать лекарствами, исследователи путешествуют по всему миру. Чтобы выделить такие вещества, ученые ищут организмы, способные выживать в уникальных природных условиях. Объяснение простое: организмы, которые живут в экстремальных условиях, скорее всего научились вырабатывать ферменты, обеспечивающие выживание. Материалы для будущих лекарств добываются в самых экзотических местах. Ученые выделяли активные вещества из организмов, найденных и в ледниках Исландии, и в гейзерах Йеллоустона, и даже в горячих источниках с нулевой щелочностью. Все эти организмы рано или поздно попадают в лабораторию, где лазерные технологии помогают специалистам отделить потенциальные лекарства от бесполезных веществ. Например, вещество с потенциальной биологической активностью помещают в клетку, которую затем освещают лазерным лучом. Если специальный детектор регистрирует флюоресценцию, значит, с клеткой что-то происходит. Тогда фармацевты могут попытаться выделить активный ингредиент и воспроизвести его структуру.

Существует много методов использования флюоресценции в фармакологии. Однако следующим шагом на пути совершенствования микролабораторий должно стать создание миниатюрной интегрированной системы для общего анализа. Несколько десятков чипов, выполняющих различные программы, будут объединены в одну универсальную установку. Чтобы исследовать какое-либо соединение, экспериментатор просто вставляет нужный чип в анализатор, соединенный с компьютером, и через 20 минут на экране появляются результаты. Сам чип похож на кость для игры в домино, на которой вместо точек расположены небольшие круглые резервуары. Каждый резервуар содержит необходимые для анализа вещества (буфер, фермент, субстрат, ингибитор) или является емкостью для отработанного материала. Резервуары соединены тоненькими линиями-каналами, по которым перемещаются крошечные объемы жидкости. Вместо насосов используются электрические разряды. Вещество попадает в эту систему, происходит целый ряд реакций, а когда на другом конце чипа появляется конечный продукт, лазер «считывает» его флюоресценцию. За день можно проанализировать до 500 тыс. таких реакций.

Однако есть пока и сложности. Для таких миниатюрных систем, в которых ширина каналов не превышает 50 микрон, большой проблемой является обыкновенная пыль. Кроме того, трудно работать с жидкостью объемом 10 нл: как уберечь ее от испарения, как заставить ее двигаться по каналам?

Специалистов беспокоит и еще одна проблема, скорее морального плана. Они полагают, что такое ускорение процесса разработки лекарства может привести к снижению безопасности препаратов. Дело в том, что с помощью современных технологий создается слишком много «кандидатов в лекарства», на проверку побочных эффектов которых требуется немало времени.

сегодня фармацевтические компании стремятся быть первыми. Ты должен первым отделить реальные открытия от миражей, иначе проиграешь. Ты должен первым создать новую виагру, которая принесет тебе немалый доход, как это было у компании «Pfizer». Фармацевтическая компания не может позволить себе отставать. И тут ей приходят на помощь современные технологии.

Впрочем, в фармацевтической промышленности эти технологии находятся в зачаточном состоянии. Если сравнить процесс совершенствования лабораторий с процессом развития компьютеров, то можно считать, что мы только перешли от вакуумных трубок к транзисторам. Так что у нас все еще впереди.

P.S. Знаете ли вы, Что…

... от начала исследований до выпуска лекарственного препарата проходит в среднем 12 лет;
... на разработку одного препарата затрачивается в среднем 400 млн долларов;
... фармацевтические компании тратят в среднем 12% годового дохода на научные исследования и разработку лекарств.

По материалам журнала «Photonics Spectra»

Перевод с английского Натальи Тышецкой





© Провизор 1998–2017



Грипп у беременных и кормящих женщин
Актуально о профилактике, тактике и лечении

Грипп. Прививка от гриппа
Нужна ли вакцинация?
















Крем от морщин
Возможен ли эффект?
Лечение миомы матки
Как отличить ангину от фарингита






Журнал СТОМАТОЛОГ



џндекс.Њетрика