Дело в химии. Как все устроено? - Джузеппе Алончи

От письменного стола… в лабораторию!

Исследования вычислительной химии чрезвычайно важны для выявления перспективных веществ, с которыми впоследствии можно выполнять настоящую экспериментальную работу. Компьютер – это человеческий, а не божественный инструмент и не дает никаких реальных гарантий, но помогает ученым, предлагая им подсказки, позволяющие понять, как может «выглядеть» молекула. Но этого совершенно недостаточно для достижения цели без последовательной, тщательной и долгой исследовательской работы, создающей в конечном итоге нужный препарат.

Эта работа предполагает использование таких технологий, как высокопроизводительный скрининг, с помощью которого анализируются сотни тысяч молекул за короткое время и происходит ступенчатый отбор наиболее перспективных. На этом этапе отправной точкой может служить огромное количество разных соединений, отличающихся порой друг от друга всего одним атомом и постепенно проходящих отбор. Среди них выбирается то, что сможет оказать воздействие на молекулу-мишень, например, связаться надежнее с белком, который мы считаем участником некоего патологического процесса. После выбора исходной молекулы исследователи переходят ко второму этапу, во время которого ищут способы изменить ее так, чтобы повысить ее сродство с молекулой-мишенью и сделать ее более-менее растворимой в воде, стабильной и т. д.

Вообразим, что вся наша предварительная работа привела к выбору молекулы, на бумаге кажущейся вполне перспективной. Каковы же следующие шаги, доказывающие, что она безопасна и эффективна?

Первый шаг – эксперименты in vitro, то есть «в пробирке». Этот этап очень важен, поскольку до этого мы только моделировали поведение нашей молекулы на компьютере или проверяли ее реакцию только с изолированной от всей клеточной структуры мишенью. Путем тестирования in vitro мы можем проверить, вступит ли наше средство в процесс метаболизма клетки или нет, как оно среагирует с клетками другого вида (например, какое воздействие оно окажет на клетки нервной системы или печени): воздействует ли оно не только на клетки-мишени, вступает ли в «диалог» с опухолевыми клетками по-другому, чем со здоровыми, связывается ли так или иначе с ДНК, при какой концентрации начинает оказывать токсичное воздействие и т. д.

В течение этого ряда испытаний идет сбор ценнейших данных, позволяющих отбросить менее эффективные соединения и получить представление о фармакологических и токсикологических свойствах средства, которое переходит на следующий этап проверки.

Следующая стадия – испытания in vivo, то есть на живых существах.

Тема экспериментов на животных весьма болезненна, она поднимает этические и научные вопросы большой важности и сложности, и ее невозможно обсудить на нескольких страницах.

Поэтому я хотел бы развенчать некоторые мифы и объяснить, почему они до сих пор являются фундаментальной составляющей некоторых современных исследований.

Прежде всего я хотел бы пролить свет на некоторые ложные убеждения.

• Использование животных для тестирования косметики запрещено в Европе с 2003 года, а с 2013 года запрещено и продавать косметику, произведенную в других странах, если ее тестировали на животных. Если вы покупаете косметику, произведенную после 2013 года, можете быть уверены, что ни сам продукт, ни его составляющие на животных испытаны не были.

• Любой протокол, предполагающий использование животных для опытов, должен быть одобрен Министерством здравоохранения и получить одобрение комитета по этике. Иначе он не будет принят.

• Эксперименты на бродячих животных не проводятся. Животные, участвующие в экспериментах, стоят очень дорого – их выращивают на специально сертифицированных фермах, гарантирующих, что животное здорово, и предоставляющих его генетическую историю.

• Эксперименты на приматах проводятся крайне редко и строго регулируются. Этические и научные дебаты вокруг их использования продолжаются, но уже приняты решения, что опыты на крупных обезьянах запрещены, если они не касаются сохранения их видов или борьбы с внезапной и смертельной медицинской угрозой (например, эпидемия смертельного вируса).

• Вивисекция более не существует. Как во время экспериментов, так и во время выздоровления, за животными осуществляется уход, как за пациентами: если им делают операции или болезненные процедуры, животные всегда получают анестезию и их оперируют точно так же, как если бы это был человек; выздоровление сопровождается соответствующим уходом и мониторингом. Если существует риск сильных страданий или если того не требует экспериментальный протокол, то животное просто не будят, переходя сразу к эвтаназии.

• Если животных подвергают неинвазивным процедурам, например при исследовании поведения, их передают впоследствии зоозащитникам, которые занимаются их адаптацией и находят им новый дом.

• Лаборатории сегодня – это не застенки: животные обитают в пространствах адекватных размеров, у них есть игрушки и всякие забавы. За каждым зверем следят один или даже несколько ветеринаров и контролируют его состояние и здоровье.

• Эксперименты над животными не хранятся в секрете: если они проводятся, то только в рамках проекта, материалы по которому будут впоследствии опубликованы, результатом станет заявка на патент или новое лекарство. Любая научная статья должна, в случае проведения экспериментов на животных, содержать четкие данные о них, сколько животных было использовано и давать ссылку на разрешение.

• Вход в вольеры запрещен для посторонних точно так же, как запрещен вход в операционную, в химическую лабораторию, помещения для исследований или ресторанную кухню.

Исключения из этих правил возможны только в очень редких, важнейших для науки случаях и требуют длительного и сложного процесса согласования на уровне министерств[53]. В целом надо еще и помнить о том, что сокращение использования животных в научных исследованиях и фармакологическом тестировании имеет не только этическое значение, но и немалое экономическое и организационное, с учетом дороговизны и процедурных трудностей.

Принципы, которые лежат в основе экспериментов на животных, называются «три R»:

• replacement (замена): замена тестов на животных по возможности альтернативными тестами;

• reduction (снижение): если обойтись без тестов на животных для получения результатов невозможно, то надо стремиться максимально снизить количество процедур;

• rifinire (усовершенствование): совершенствовать протокол эксперимента так, чтобы снизить страдания и стресс для животных или совсем избежать его.

Но, несмотря на весьма активные поиски альтернативных и вспомогательных экспериментальных возможностей, сегодня по-прежнему во многих случаях испытания на животных являются единственным надежным методом.

Испытания на животных незаменимы в фундаментальных исследованиях, поскольку мы не можем моделировать нечто, что мы не понимаем вовсе. Мы пока не можем создать ни сердце, ни печень: если вы