Квантовый ответ на лекарство. Терапевтический эффект лекарств

Обновлено: 18.05.2024

Избирательное (селективное) действие лекарственных веществ обусловлено их сродством (аффинитетом) к отдельным подтипам рецепторов или селективным изменением транспорта ионов (Na+, K+, Ca2+, Cl-) в определенном органе, что зависит от химической структуры биологически активного вещества, наличием в его структуре определенных функциональных групп.

Преферанская Нина Германовна
Доцент кафедры фармакологии фармфакультета Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, к.фарм.н.

Например, сердечные гликозиды избирательно влияют на сердечную мышцу; Окситоцин - на гладкую мускулатуру матки; Сальбутамол (Вентолин) избирательно стимулирует b2-адренорецепторы бронхов и матки; Метопролол (Беталок ЗОК) селективно блокирует b1-адренорецепторы сердца. Антидиарейное средство Лоперамид (Имодиум) - селективный агонист опиоидных рецепторов кишечника. Он на длительный период замедляет перистальтику ЖКТ, устраняет понос и нормализует нормальный стул пациента. Препарат не оказывает влияния на подтипы опиоидных рецепторов ЦНС, поэтому при повторном применении не вызывает привыкания и лекарственной зависимости.

Неизбирательным (неселективным) действием обладают ЛС, воздействующие на многие рецепторы одновременно. Например, такое действие оказывает гормон мозгового слоя надпочечников - адреналин, как ЛС является адреномиметиком, связывается с α, β-адренергическими рецепторами. Антихолинергические средства (атропин, платифиллин) блокируют неизбирательно все мускариночувствительные М1, М2, М3-холинорецепторы.

Преимущественное действие - когда один и тот же препарат, действуя на различные рецепторы, обладает более выраженным фармакологическим эффектом на один из рецепторов. Например, орципреналина сульфат (Алупент, Астмопент), воздействуя на β1β2 адренорецепторы, вызывает более выраженный эффект на β2-адренорецепторы бронхов, поэтому в клинической практике его используют как бронхорасширяющее средство.

Иногда трудно определить, на какой конкретно орган действует то или иное лекарственное средство, тогда говорят об общем действии на организм или о неспецифическом действии. Такие препараты вызывают широкий спектр фармакологических эффектов и влияют на различные биохимические процессы в организме. При воздействии ЛС на конкретные отделы головного, спинного мозга, обеспечивающим адекватную ответную реакцию организма, говорят о центральном действии. Влияние ЛС на функции внутренних органов рассматривают как периферическое действие.

Общее действие развивается при применении лекарств, оказывающих фармакологический эффект одновременно на весь организм (в целом). Общим действием обладают общетонизирующие ЛС, адаптогены, такие как женьшень, элеутерококк, заманиха. Действующие вещества этих растений приспосабливают организм к изменившейся внешней или внутренней среде. При применении этих препаратов в осенне-весенний период повышается общий тонус, работоспособность, снимается умственная и физическая усталость, переутомление, общая слабость организма. Таким же общим действием обладают поливитаминные препараты, содержащие комплекс витаминов, макро- и микроэлементов. Наркозные средства или общие анестетики - Ксенон, Кетамин - обладают общим обратимым угнетающим действием на большинство клеток в ЦНС и этот эффект распространяется и на периферические органы.

Центральное действие оказывают лекарственные средства, действие которых направлено на различные отделы центральной нервной системы (ЦНС). Действие на ЦНС развивается только после прохождения лекарств через гематоэнцефалический барьер. Это сложный липидный барьер между кровью, нейроглиальными клетками, эндотелиальными клетками капилляров сосудов мозга, оболочками базальной мембраны, интерстициальной жидкостью мозга. К ЛС, воздействующим на ЦНС, относятся следующие группы - «Противопаркинсонические ЛС», «Противосудорожные (противоэпилептические) ЛС», «Наркотические анальгетики», «Снотворные средства». Центральным действием обладают психотропные средства, оказывающие влияние на психическую деятельность человека, - «Антипсихотические», «Анксиолитические», «Психостимуляторы», «Антидепрессанты» и др.

Периферическое действие развивается при действии лекарств непосредственно на периферические органы и ткани: печень, почки, сердце, сосуды, органы дыхания или при влиянии на эфферентные нервные окончания, иннервирующие внутренние органы и скелетную мускулатуру. Периферическим действием обладают диуретики, маточные, кардиотонические, гепатопротекторы, холинергические, адренергические средства и др.

Наряду с основными фармакологическими эффектами ЛС, применяемых в терапевтических дозах, проявляются побочные эффекты действия. Они могут быть как положительными, так и отрицательными (нежелательными). Побочные эффекты возникают при применении любой терапевтической дозы препарата, но сила проявления побочных эффектов оказывается разной: минимальной - при пороговой дозе и максимальной - при применении наивысшей терапевтической дозы. Побочными отрицательными эффектами действия у Морфина являются: угнетение дыхания, сонливость, запоры, лекарственная зависимость и др.; у Клофелина - повышенная утомляемость, замедление скорости психических и двигательных реакций, депрессия, импотенция, кожная сыпь и др.

Местное нежелательное действие проявляется при прямом контакте ЛС с кожей, подкожной жировой клетчаткой, слизистыми оболочками. Такое действие могут оказать препараты, обладающие раздражающим действием. Так, многие противогистаминные средства (например, Диазолин) оказывают раздражающее действие при введении внутрь, для устранения которого их выпускают в драже или таблетках, покрытых оболочкой.

Ульцерогенное действие проявляется раздражением и эрозивными поражениями слизистой оболочки, уменьшением выработки защитного слоя (муцина, слизи), защитных факторов (бикарбонатов, ПГЕ1) и повышением проницаемости эпителиальных клеток для Н+-ионов. Эрозивно-язвенные поражения ЖКТ и кровотечения возникают при приеме лекарств из групп «Глюкокортикостероиды» (ГКС) и «Нестероидные противовоспалительные средства» (НПВС). Например, при длительном применении больших доз ацетилсалициловой кислоты, основным проявлением побочного действия является ульцерогенное, включающее раздражение, изъязвление ЖКТ, возможно с кровотечением, - это отрицательный нежелательный эффект. Другие виды его фармакологического действия - анальгезирующий, жаропонижающий - являются побочными положительными, проявляющимися на фоне его основного противовоспалительного эффекта действия.

Рефлекторное нежелательное действие является следствием выраженного местного эффекта (раздражающего влияния) и сводится к торможению функций органа или системы органов, на которые оказывается основное действие. Например, рефлекторная остановка сердца и дыхания возможна при вдыхании больших концентраций эфира для наркоза.

Дисбактериоз - нарушение подвижного равновесия состава естественной микрофлоры, в норме заселяющей слизистые оболочки ЖКТ или влагалища. Это клинико-лабораторный синдром, сопутствующий острым и хроническим заболеваниям органов пищеварения, возникающий на фоне длительной антибактериальной терапии, хронического употребления алкоголя, нарушения питания, проживания в неблагоприятных условиях. Наблюдаются качественные и количественные изменения состава микробных ассоциаций, нарушается антагонистическая активность микрофлоры, начинают активно развиваться условно-патогенные и патогенные микроорганизмы.

Соотношение между концентрацией лекарственного вещества и его фармакологическим эффектом Градуальная и квантовая кривые зависимости «доза-эффект»

Как правило, по мере увеличения дозы (концентрации) лекарственного вещества его эффект возрастает. Вначале процесс прироста эффекта происходит пропорционально дозе лекарства, однако, процесс возрастания эффекта не носит бесконечного характера - обычно при достижении некоторого уровня прирост эффекта вначале уменьшается, а затем прекращается совсем и наступает фаза плато (т.е. дальнейшее увеличение дозы не приводит к возрастанию эффекта лекарства).

Если представить эту зависимость изменения эффекта лекарства от его дозы графически, то она будет иметь вид экспоненциальной кривой. Предел эффекта, к которому стремиться кривая при бесконечном увеличении дозы лекарства называют максимальным эффектом (E_max). ЗнаяE_maxможно рассчитать, при какой дозе (концентрации) лекарства возникает эффект, равный половине максимального (½E_maxилиE₅₀). Величину дозы или концентрации, вызывающей полумаксимальный эффект обозначаютED₅₀или ЕС₅₀соответственно. Таким образом:

Е_max- максимальный эффект лекарства, который удается воспроизвести при введении в организм бесконечно больших количеств лекарства.

ED₅₀или ЕС₅₀- доза или концентрация лекарства, при которой развивается эффект, равный половине от максимального.

Однако, проводить анализ экспоненциальной кривой сложно, поэтому обычно прибегают к логарифмическому преобразованию координат. Если построить этот же график в полулогарифмических координатах, то он принимает вид S-образной кривой. Причем часть кривой на участке 20-80% эффекта имеет вид прямой линии и может быть легко преобразована в аналитическую форму (форму уравнения) для расчетаE_maxи ЕС₅₀.

Схема 3. Градуальные кривые зависимости «доза-эффект». А - зависимость изменения частоты сердечных сокращений от дозы лекарства в нормальных координатах, В - та же кривая в полулогарифмических координатах (одна из шкал переведена в форму десятичных логарифмов), С - кривая связывания того же вещества с рецепторами миокарда.

E_max - максимальный эффект, B_max - максимальное число связанных рецепторов, ЕС₅₀ - концентрация лекарства при которой возникает эффект равный половине максимального, K_d - константа диссоциации вещества от рецептора, при которой связано 50% рецепторов.

На основании построения таких кривых можно определить два важнейших показателя, характеризующих каждое лекарство: активность и эффективность.

Активность (сила лекарства) - параметр, который показывает какая доза (концентрация) лекарства способна вызвать развитие стандартного эффекта, равного 50% от максимально возможного для этого лекарства. Т.е. активность лекарства численно характеризуется величиной ЕС₅₀илиED₅₀. Чем выше активность лекарства, тем меньшая его доза требуется для воспроизведения терапевтического эффекта.

Эффективность - это способность лекарства оказывать максимально возможное для него действие. Т.е. фактически это максимальная величина эффекта, которую можно достигнуть при введении данного лекарства. Эффективность численно характеризуется величиной Е_max. Чем выше Е_max, тем выше эффективность лекарства.

Схема 4. Сравнительная характеристика кардиотонических средств. Как следует из представленных графиков EC_50,_AEC_50,_BEC_50,_C - средство А самое сильное, но E_max_,_AE_max_,_B=E_max_,_C - средства В и С самые эффективные.

На схеме 3С представлена кривая связывания лекарства с рецепторами, которую часто используют в молекулярной биологии. Как нетрудно заметить, эта кривая практически идентична зависимости «доза-эффект», при этом величина максимального связывания вещества с рецептором (В_max) выступает в роли аналога максимального эффекта, а показательK_d(константа диссоциации) - как аналог ЕС₅₀.

Согласно теории A.J.Clarkочевидно, что максимальный эффект лекарства должен возникать в тот момент, когда заняты все рецепторы, а 50% эффект - если занята их половина. Однако, имеются лекарства, которые могут вызвать максимальный эффект даже в том случае, если они оккупировали менее 100% рецепторов. Такая ситуация, когда часть рецепторов оказывается избыточной и не нужна для достижения максимального эффекта получила название «молчащих» рецепторов ткани. Очевидно, что и величина ЕС₅₀у таких лекарств проявится при оккупации не 50%, а значительно меньшего числа рецепторов. Если изобразить кривые «доза-эффект» и «доза-оккупация рецепторов» в одних координатах, то величина ЕС₅₀окажется меньше, чем показательK_dдля этого лекарства. Таким образом, о наличии молчащих рецепторов к лекарству говорят в том случае, если у негоK_d>>EC₅₀(см. схему5).

Схема 5. Обнаружение молчащих рецепторов в ткани. У данного лекарства полумаксимальный эффект возникает при концентрации 1,0 ЕД, а половина рецепторов оккупируется лишь в дозе 10 ЕД.

Почему в ткани возникают молчащие рецепторы? Это можно объяснить двумя причинами:

Эффект некоторых лекарств сохраняется значительно дольше, чем взаимодействие лекарства с самим рецептором. Такой механизм появления молчащих рецепторов получил название «time»-механизма. Он имеет место при действии сердечных гликозидов на ферментNa + /K + -АТФазу. В этом случае изменение Са 2+ гомеостаза клетки сохраняется значительно дольше, чем взаимодействие самого гликозида с молекулой АТФазы.

Наличие рецепторов, не связанных с эффекторными молекулами. Данная ситуация изображена на схеме 6В. Для развития полумаксимального фармакологического эффекта лекарству достаточно занять половину рецепторов связанных с эффекторами, но оккупация 50% рецепторов будет рассчитываться исходя из их общего числа.

Схема 6. Появление молчащих рецепторов в ткани.

А. Изначально ткань содержит 4 рецептора и 4 эффектора, поэтому величина ЕС₅₀ для нее равна 2 ЕД лекарства и доза при которой лекарство занимает 50% рецепторов также составляет 2 ЕД.

В. При увеличении числа рецепторных молекул в 5 раз (20 молекул) с прежним числом эффекторов (4 молекулы) возникает ситуация, когда лекарству по-прежнему, чтобы вызвать 50% эффект достаточно 2 ЕД, но чтобы занять 50% рецепторов требуется 10 ЕД.

Наличие молчащих рецепторов имеет место в миокарде, где число ₁-адренорецепторов в 10 раз превосходит число эффекторных молекул, связанных с ними. Избыточность₁-адренорецепторов имеет важное значение и позволяет миокарду в полной мере реагировать на медиаторы (норадреналин и адреналин) даже после того, как большая часть рецепторов будет утрачена.

Описывая и разбирая процедуру построения кривой «доза-эффект», мы исходили из предположения о том, что эффект лекарства является непрерывной величиной, которая может быть измерена количественно. Например, гипотензивный эффект лекарства может быть измерен по уровню артериального давления, жаропонижающий эффект - по степени снижения температуры тела. Такие эффекты носят название градуальных (непрерывных, интегральных), а кривые, которые описывают такой эффект получили название градуальных кривых «доза-эффект».

К сожалению, некоторые эффекты лекарств являются дискретной величиной или качественным признаком, т.е. они описываются всего лишь несколькими вариантами состояния. Например, головная боль может либо быть, либо отсутствовать у конкретного пациента, контрацептивный эффект лекарства либо проявляется, либо нет. Такие эффекты лекарств называют квантовыми или дискретными. Для квантового эффекта не возможно построить кривую зависимости величины эффекта от дозы для каждого конкретного индивидуума. Чтобы избежать возникшего затруднения прибегают к построению квантовой кривой «доза-эффект», где отмечают зависимость проявления эффекта в популяции от величины принимаемой дозы лекарства.

Вначале при введении небольших доз эффект развивается у малого числа объектов. По мере повышения дозы на лекарство начинает реагировать все большее число испытуемых и наконец остается лишь небольшая группа объектов у которой реакцию удается вызвать применяя высокие дозы лекарства. График зависимости «доза-эффект» при этом имеет куполообразный вид и идентичен Гауссовой кривой нормального распределения (см. схему 7). Величина соответствующая куполу кривой позволяет определить активность лекарства - т.е. ту его дозу, которая вызывает развитие эффекта у 50% лиц в популяции.

Схема 7. Квантовые кривые «доза-эффект». Левая кривая представляет построение зависимости для терапевтического эффекта лекарства, а правая - развитие токсического эффекта (смерти) после введения летальных доз лекарства. Как следует из графика доза в 1,25 и 2,5 мг вызывают эффект у незначительного количества животных, однако введение лекарства в дозе 5 мг позволяет вызвать эффект у наибольшего числа особей, оставшееся небольшое число животных реагируют на высокие доза лекарства. Аналогичные рассуждения справедливы и для введения летальных доз лекарства.

Таким образом, квантовая кривая «доза эффект» может помочь установить величину ЕС₅₀, но ничего не говорит об эффективности лекарства.

Если на графике зависимости отмечать не то число объектов, у которого удалось получить ответ на каждую дозу в отдельности, а накопленное число объектов - т.е. всех лиц у которых к моменту введения дозы уже удалось добиться эффекта и пациентов прореагировавших на данную дозу, то кривая может быть трансформирована в стандартную S-образную форму, напоминающую градуальную кривую. Однако, эта кривая не будет нести никакой дополнительной информации.

Таблетка от смерти: как квантовые алгоритмы меняют медицину

Персонализированные лекарства, обнаружение и лечение онкозаболеваний на ранних стадиях, высокое качество МРТ-снимков — далеко не полный список достижений, которые квантовые технологии откроют медицине и фарм-индустрии

Об эксперте: руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом», глава Национальной квантовой лаборатории Руслан Юнусов

Что такое квантовые алгоритмы и зачем они нужны?

Чтобы перейти к разговору о квантовых алгоритмах, предлагаю вспомнить, что означает этот термин в классических вычислениях. Алгоритмы — это пошаговая процедура или последовательность инструкций, которая применяется для решения определенной задачи. Если классические алгоритмы — это описание команд для работы на привычных нам персональных компьютерах, то квантовые — ровно такая же база для совершения вычислений на квантовых устройствах.

Квантовый алгоритм задает последовательность операций и указывает, над какими кубитами — то есть квантовыми битами — эти операции надо совершить.

Процесс исследований и разработок в области медицины и фармацевтики долог, дорог и рискован. Путь от открытия лекарственной молекулы до разработки препарата длиною в 10-15 лет проходят не более 10% препаратов. Фармкомпании тратят около 15% своего дохода на R&D — это критично, чтобы получить конкурентное преимущество. Однако даже применение цифровых инструментов вычислительной химии или искусственного интеллекта не решает основную проблему — значительное увеличение сложности расчетов.

Квантовые компьютеры работают принципиально иначе, чем классические, и эти различия дают возможность не только решать определенные классы задач, с которыми стандартные ПК не справляются, но и проводить вычисления в сотни раз быстрее.

Например, для полного и точного моделирования молекулы пенициллина, которая состоит всего из 41 атома, классическому компьютеру потребуется 10 86 бит, квантовому — всего 286 кубит.

Персонализация лекарственных средств

Объем данных, генерируемых в области наук о жизни, за последние несколько лет экспоненциально увеличился и достиг диапазона в тысячу эксабайт, поэтому вычислительной мощности классических компьютеров не хватает для обработки подобных массивов. Геномика генерирует колоссальные объемы данных: так, на хранение 1 генома человека, состоящего из 3,2 млрд пар оснований ДНК, требуется порядка 800 Мб. Квантовая геномика позволит оперировать этими массивами, чтобы решать глобальные вопросы здоровья населения.

Персонализированные лекарства и в целом персонализированная медицина — один из наиболее востребованных трендов, ведь еще Гиппократ говорил, что нужно «лечить не болезнь, а больного». У разных людей патологические процессы отличаются по своему характеру, то же можно утверждать в отношении эффектов лекарственных препаратов.

Поразительно, но любой конкретный класс противораковых препаратов неэффективен для 75% пациентов. Поэтому в борьбе с онкологическими заболеваниями важна разработка препаратов, прицельно воздействующих на конкретные типы опухолей.

Такой подход с применением квантовых алгоритмов имеет огромное преимущество перед стандартными методами химиотерапии, которые также воздействуют на здоровые ткани организма, в свою очередь способствуя возникновению новых проблем.

Изучение геномных особенностей клеток позволяет определять чувствительность к лекарствам на клеточном уровне. Например, в мире уже исследуются модели, предсказывающие эффективность противораковых лекарств на гранулированном уровне. Квантово-усовершенствованное машинное обучение может способствовать дальнейшим прорывам в этой области, также выявляя причины неэффективности отдельных лекарственных компонентов.

Диагностика заболеваний на ранней стадии

Точная и эффективная ранняя диагностика приводит к лучшим результатам и меньшим затратам на лечение. Интересным достижением в этой области может поделиться корпорация Microsoft, исследователи которой совместно с учеными из Университета Кейс Вестерн Резерв (Case Western Reserve University) в Кливленде успешно применили квантовые алгоритмы к методу медицинской визуализации — магнитно-резонансной дактилоскопии ( MRF). В то время как традиционная магнитно-резонансная томография может идентифицировать только светлые или темные области, MRF способна точно различать типы тканей, позволяя получать более подробные и интерпретируемые изображения.

Метод успешно применяется для диагностики и лечения рака груди, но исследования проводят и в других направлениях. Например, можно встретить работы по использованию гибридных квантово-механических систем по обработке изображений для классификации злокачественных и незлокачественных пигментных поражений кожи и ранней диагностики рака кожи.

Улучшенная визуализация МРТ- и КТ-снимков

Методы медицинской визуализации, такие как компьютерная, магнитно-резонансная томография и рентгеновское сканирование, стали важным диагностическим инструментом для практикующих врачей за последнее столетие. В то же время на эффективность полученных результатов влияют шум, низкое разрешение и низкая воспроизводимость.

Во многом качество изображения определяется программным обеспечением, которое проводит реконструкцию на основе данных, собранных медицинским устройством — томографом, МРТ сканером. Использование квантовых алгоритмов приводит к ускорению диагностики, а также к существенному улучшению качества полученных изображений. Работы в этом направлении ведутся, например, в MIT.

Разработка препаратов на основе антител

Препараты на основе антител — одно из наиболее весомых достижений в фармакологии за последние два десятилетия. Рынок крупных белков в форме терапевтических антител, созданный 30-40 лет назад благодаря развитию новых экспериментальных методов, составляет около $200 млрд. До недавнего времени не существовало эффективных методов расчета систем терапевтических препаратов из антител, однако успех стал возможен за счет развития компьютерного моделирования и проектирования молекулярных структур.

Пептидные терапевтические средства применяются для лечения широкого спектра заболеваний, но их изучение затрудняет большое количество вариаций пептидов. Используя квантовые вычисления, можно исследовать терапевтическое пространство и разработать библиотеки пептидов, перспективных для создания лекарственных препаратов.

Ускоренное тестирование новых лекарств

Сегодня все разрабатываемые препараты сначала тестируются in silico, то есть виртуально. Инструменты виртуального скрининга при изучении больших библиотек соединений, как правило, обходятся дешевле и быстрее, чем тестирование в лаборатории. Но польза виртуальных инструментов зависит от их способности точно моделировать результат, особенно для сложных молекул. Квантовые вычисления способны улучшить виртуальный скрининг не только ускоряя обработку огромных виртуальных библиотек, но и с высокой точностью моделируя взаимодействие лекарств-мишеней — молекул, реагирующих на активное вещество. В перспективе это позволит открывать новые лекарства, опираясь исключительно на виртуальные тестирования.

Крупнейшая биотехнологическая компания Biogen работает над пилотным проектом со стартапом 1Qbit, цель которого — ускорить открытие новых лекарственных препаратов от рассеянного склероза, болезней Альцгеймера и Паркинсона.

Кирби Линвел (Accenture Labs) — о совместных научных исследованиях Accenture Labs, Biogen и стартапа 1QBit

Где технологии уже внедрены?

Предлагаю сначала рассмотреть кейсы, представленные на международном рынке:

Исследовательский проект, финансируемый Европейским союзом, macQsimal решил проблему громоздкого оборудования для проведения МРТ, заменив классические инструменты своего рода шлемом с сотнями датчиков. Специалисты провели измерения в различных точках черепа, резко уменьшив размер оборудования. Это позволило обнаруживать заболевания в мозге человека в несколько раз быстрее с гораздо более высокой точностью. Исследователи предсказывают коммерциализацию технологии в течение трех-пяти лет.

Интересен подход к улучшению МРТ диагностики, развиваемый проектом программы Европейского союза Quantum Flagship — MetaboliQs. Использование нового типа квантовых сенсоров в МРТ позволяет упростить процесс сканирования, применив недорогой и высокопроизводительный алмазный поляризатор. По словам разработчиков, он может использоваться с любым МРТ-сканером благодаря работе при комнатной температуре. Метод, разработанный MetaboliQs, в 40 раз быстрее и в 4 раза дешевле существующих аналогов.

Cоздание сканов для быстрой и точной диагностики — чрезвычайно сложная вычислительная задача. Ученые из Case Western Reserve подобрали ключ к ее решению, используя квантово-вдохновленные алгоритмы, разработанные командой Microsoft. Теперь сканирование проходит в три раза быстрее и на 30% точнее. В обозримом будущем это позволит врачам не только обнаруживать рак на более ранних стадиях, используя для диагностики снимки вместо инвазивных процедур, но и определять эффективность препарата для химиотерапии конкретного пациента.

В 2020 году ProteinQure объявил о сотрудничестве с биофармацевтической корпорацией AstraZeneca с целью создания терапевтических библиотек для ускорения исследований и разработки пептидных терапевтических средств. ProteinQure будет использовать опыт в вычислительных методах, а AstraZeneca проведет экспериментальную проверку перспективных кандидатов. Возможно, такой комбинированный подход станет одной из наиболее успешных интеграций квантовых вычислений в реальные фармацевтические разработки.

Над чем работают квантовые медицинские стартапы?

Сингапурский стартап Entropica Labs разрабатывает инструменты для геномного анализа и биоинформатики, чтобы ускорить развитие персонализированной медицины. Entropica работает над программным обеспечением для определения перехода вариаций ДНК в различные фенотипические проявления — побочные реакции на лекарства или сопутствующие заболевания.

Стартап успешно применяет квантовые алгоритмы и машинное обучение для идентификации лекарственно-подобных молекул из 1,5 триллиона химических структур. Работа FAR Biotech в основном направлена на лечение онкологических заболеваний, нейродегенерации и инфекционных заболеваний.

Программная платформа для проектирования белков на основе машинного обучения и квантовых вычислений. Menten считается первой компанией, создавшей пептид с помощью квантового компьютера. Технология применима для создания новых терапевтических средств с высокой точностью на основе пептидов, малых белков и антител. В марте 2020 года Menten совместно с компанией-разработчиком квантовых компьютеров D-Wave также запустил программу по разработке пептида, способного инактивировать вирус COVID-19.

Что происходит в России?

В России таких кейсов пока немного, однако именно с медицинским направлением связан один из стартапов Российского квантового центра. Проект посвящен созданию сверхчувствительных квантовых сенсоров — магнитометров — для решения медицинских задач. Исследователям уже удалось с высокой точностью и, что не менее важно, неинвазивно задетектировать активность головного мозга с помощью сенсора. В перспективе это упростит решение задач в диагностике многих заболеваний мозга: например, при выявлении эпилепсии — спонтанного возбуждения зон коры головного мозга, которое достаточно сложно диагностировать.

В 2021 году проект Российского квантового центра QBoard совместно с медико-генетическим центром Genotek ускорили сборку генома с помощью квантовых вычислений. Полученные данные могут применяться для обнаружения онкоклеток и при разработке персонализированной медицины. Также в 2021 году на базе МГУ запустилась научно-образовательная школа «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина». Исследователи планируют работать над созданием квантовых сенсоров и нанооптики, системами хранения, обработки и передачи информации в области цифровой и радиационной медицины.

Как в фильмах не будет: что должен знать каждый пациент о лекарственной терапии

Химиотерапия — страшно и невыносимо. Об этом говорит нам медиапространство, и неудивительно, что из-за такой гиперболизации многие пациенты боятся ее едва ли не больше, чем самого заболевания. Однако ни один фильм и ни один роман не рассказывает, что это такое, как работает и насколько оправдан страх лекарственного лечения. Вместе с химиотерапевтом клиники «Луч» и научным сотрудником СПбКнПЦСВМП(о) Марией Степановой мы составили инструкцию для пациентов и разобрались, что такое лекарственная терапия и от чего зависит схема лечения.

Что такое лекарственное лечение

Лекарственная терапия — один из вариантов лечения онкологических заболеваний. Ее возможности и эффективность зависят от типа злокачественного образования. В лекарственной терапии выделяется четыре вида: химиотерапия, наиболее изученный вид терапии; гормонотерапия; таргетная терапия (англ. target «цель, мишень») и иммунотерапия, самый молодой и мало изученный вид лечения. Чтобы понять, почему врач выбирает тот или иной вид терапии, давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

Химиотерапия (ХТ)

Некоторые до сих пор ошибочно считают, что лекарственная терапия сводится исключительно к химиотерапии. Действительно, долгое время лекарственное лечение злокачественных опухолей отводилось цитостатикам, противоопухолевым препаратам, принцип действия которых — разрушение быстро делящихся клеток. В том числе — злокачественных.

У ХТ существует три типа схем: высокоэметогенные (то есть «тошнотворные»), средние и низкие. Чтобы понять, к какому типу относится та или иная комбинация препаратов, химиотерапевт использует специальные схемы и таблицы. Поскольку вместе с опухолью под удар цитостатиков попадают и здоровые клетки, ХТ влечет за собой ярко выраженные побочные эффекты: снижение продукции клеток крови (миелосупрессия), воспаление слизистой оболочки рта (мукозит), выпадение волос, тошнота и рвота. Такой список способен напугать кого угодно, и Мария успокаивает:

— Для пациента, который беспокоится о выраженности тошноты важно знать, какие препараты входят в конкретно его схему лечения. Я всегда рассказываю об этом и при необходимости назначаю препараты для снижения побочных эффектов. Чаще всего это сочетание внутривенного и таблетированного вариантов противорвотных препаратов. Однако, плохое самочувствие может нагнать пациента уже дома, и тогда я обсуждаю это и назначаю препараты, которые он может принимать без надзора врача.
— Получается, как в фильмах бывает редко?

— Крайне редко! Конечно, мутить будет, и многие сравнивают это ощущение с токсикозом во время беременности. В таких случаях я рекомендую пить чай с имбирем, использовать жевательные резинки, карамель с кислым вкусом, соленые и кислые продукты.

При химиотерапии используют множество препаратов с разным механизмом действия, ориентированным под разные особенности опухоли. Поэтому врачи используют либо монотерапию (один препарат), либо комбинированное лечение (два и более препарата). Это позволяет усилить противоопухолевый эффект и уменьшить вероятность развития устойчивости опухоли к лечению.

Выделяют также чувствительные к ХТ опухоли (например, герминогенные опухоли, хорионкарциномы, лимфомы) и опухоли, малочувствительные к ХТ (меланома, некоторые виды сарком). Чтобы найти оптимальные варианты лечения для увеличения продолжительности жизни, сейчас активно ведутся клинические исследования о возможности комбинировать этот вид терапии с иммунотерапией.

Гормональная терапия (ГТ)

При гормональной терапии применяются препараты, подавляющие выработку в организме его естественных гормонов или их взаимодействие с рецепторами. Самый частый вариант опухоли, где применяется данный вариант лечения, — рак молочной железы (РМЖ). При выполнении иммуногистохимического (ИГХ) исследования и наличии положительных рецепторов эстрогена и/или прогестерона, оптимальной опцией лечения является гормонотерапия. С ее помощью, можно остановить опухолевый рост и даже добиться полного или частичного исчезновения опухоли.

— Особенность применения этих препаратов, в том что они в подавляющем случае в таблетированной форме и имеют приемлемую токсичность по сравнению с ХТ. Это позволяет пациентам совмещать лечение с работой, хобби и путешествиями.

Таргетная терапия (ТТ)

В отличие от ХТ таргетные (целенаправленные) препараты атакуют только опухолевые клетки. Опухоль для ТТ — своего рода мишень, уничтожение которой означает прекращение репликации (воспроизведения) клеток и метастазирования.

Все началось с того, что врачи отметили недостаточный эффект от цитостатиков и начали внедрять иммуногистохимические параметры. Иммуногистохимическое исследование (ИГХ) выявляет в образце ткани белки, специфичные для того или иного вида клеток. Это позволяет отличать один вид опухоли от другого и выявлять маркеры, которые отвечают за лекарственную чувствительность опухолевой ткани.

— Таргетная терапия начинается с немелкоклеточного рака легкого: в порыве клинических исследований врачи разработали препарат, который начали применять в рамках клинических исследований. Широкое использование Ирессы в клинической практике сопровождалось преимущественно разочарованиями, связанными с редкостью проявления лечебного эффекта*. Загадка разрешилась достаточно быстро: анализ нуклеотидной последовательности гена EGFR, проведенный тремя независимыми исследовательскими коллективами, установил, что опухоли легких, характеризующиеся чувствительностью к Ирессе или Тарцеве, содержат мутированную форму данного рецептора**. Таким образом, с 2009 года Ирессу внедрили в клиническую практику для пациентов имеющих мутацию в гене EGFR. Особенность механизма действия ТТ, заключается в блокировании мутации, в результате чего опухоль не может делиться, — поясняет Мария.

Побочные эффекты при ТТ менее выражены, и пациенту чаще всего не нужно находиться в стационаре. Некоторые таргетные препараты используются в таблетированной форме, во время их приема качество жизни пациента значительно не страдает, и пациенты могут вести привычный образ жизни.

Иммунотерапия (ИТ)

Иммунотерапия — самая молодая отрасль лекарственного лечения. Существует несколько групп иммунопрепаратов с разными механизмами действия. Одни воздействуют на звено образования кровеносных сосудов в опухоли и блокируют их развитие (после чего опухоль перестает получать питание и погибает), а другие активируют и направляют иммунные силы организма на борьбу с опухолью. ИТ занимает много времени, имеет свой спектр побочных эффектов, а также требует внимания врачей и тщательной оценки динамики состояния пациента.

— По идее мы с помощью введения препаратов обучаем иммунную систему распознавать клетки опухоли и разрушать их. Это все равно что установить антивирус, — объясняет Мария

Цели и оценка эффективности лекарственного лечения

Лекарственная терапия бывает трех видов: предоперационная (неоадъювантная), профилактическая (адъювантная) и паллиативная (поддерживающая).

— Как проходит лечение в каждом из случаев?
— Начнем с предоперационной лекарственной терапии. Например, в отделение поступает пациент с диагнозом рак желудка. Результаты КТ показывают, что отдаленных метастатических очагов нет, однако в связи с распространением первичной опухоли операция на первом этапе невозможна. В этом случае лечение выглядит так: четыре курса терапии, затем — операция, а после нее — еще четыре курса адъювантной терапии. Зачем еще? Формально опухоль убрали, но есть риск возврата образования, и адъювантная терапия помогает его отсрочить.

Паллиативную терапию врач выбирает, когда хирургические методы бессильны (например, при отдаленных метастазах в легкие, печень, лимфоузлы и т.д.). Тогда лечение, в первую очередь, направлено на поддержание качества жизни пациента и контроль заболевания, и продолжительность лечения зависит от его эффекта. В химиотерапии врачи пользуются REСIST 1.1 — системой критериев оценки ответа опухоли на терапию, а в иммунотерапии — irRECIST.

— Объясню, как это работает, на примере пациента с опухолью толстой кишки и с множественными метастазами в печени и легких. Чтобы оценить серьезность ситуации, мы проводим обследование, выявляем наиболее измеряемые очаги и проводим два-три цикла химиотерапии. Большая часть курсов ХТ — введение препарата. Между первым введением и вторым — 14-21 дней — и этот временной промежуток называется циклом.

Далее мы смотрим и сравниваем. Если опухоль уменьшилась более чем на 30% — это частичный ответ, и нужно продолжать терапию до шести курсов. Если она ушла — это полный регресс, и тоже добавляем четыре курса, чтобы закрепить результат. Если опухоль увеличилась или уменьшилась на 20% — это стабилизация, мы делаем еще два курса и снова смотрим: если ситуация не изменилась, пациент отправляется на химиотерапевтические каникулы до прогрессирования заболевания, а потом схема повторяется.

Но если опухоль на фоне лечения выросла больше чем на 20% — мы имеем дело с прогрессией, вероятнее всего, это говорит нам об агрессивности опухоли. В этом случае я объясняю пациенту, что с ним происходит и почему мы меняем лечение.

— Как уговорить пациента на лечение?

— К каждому нужен индивидуальный подход. Я всегда говорю: «Химия может ухудшить ваше состояние, но бояться этого не стоит — мы попытаемся подобрать оптимальную симптоматическую терапию, которое уменьшит нежелательные явления». Если после этого во время лечения появятся данные о плохой переносимости, мы подумаем об уменьшении дозы цитостатика. Бывают случаи, когда я буквально уговариваю пациента пойти на терапию и объясняю ему, за что мы боремся. И объясняю это вне зависимости от серьезности случая — если при агрессивной опухоли человек настроен бороться до последнего, моя обязанность ему эту возможность дать.

Читайте также:


Хирургическое лечение внутриматочных перегородок. История и показания

Источники инфекций. Распространение инфекционных болезней

Снижение частоты госпитализации при шизофрении. Уровень занятости больных шизофренией

Зачем пить антибиотики при язве желудка (Helicobacter pylori)?

Виды нейроциркуляторной дистонии. Классификация вегето-сосудистой дистонии