Jakie są współczesne metody projektowania leków?

Poszukiwanie nowych związków chemicznych, które potencjalnie mogą zostać lekami to bardzo ważny element rozwoju nauk farmaceutycznych. Proces poszukiwania nowych leków początkowo opierał się na metodzie testowania bardzo dużej liczby substancji. Nowo wyizolowane roślinne związki oraz substancje pochodzące z syntezy laboratoryjnej testowano in vivo oraz ex vivo. Metodą prób i błędów odkrywane były nowe potencjalne leki.  

W czasach ograniczonego rozwoju technologii bardzo dużą rolę w odnajdywaniu nowych leków odgrywała przypadkowość. Wiele z tych leków, np. penicylina, stanowi podstawę leczenia aż do dzisiaj.  

Intensywny rozwój biologii molekularnej pozwolił na udoskonalenie metody otrzymywania nowych leków. Nauka ta nieco zmieniła metody poszukiwania – badacze przestali skupiać się na leku jako strukturze chemicznej, a za najważniejszy punkt przyjęli molekularny cel w organizmie. Najpierw oceniano strukturę, na jaką potrzeba zadziałać, a dopiero później tworzono wzorce chemiczne związków, które takie działanie mogły wykazywać.

Jak długo trwa proces wprowadzenia nowego leku? 

Pomimo intensywnych prac wielu naukowców, w aptekach wciąż posługujemy się tymi samymi lekami. Pojawianie się nowych substancji czynnych nie jest zjawiskiem zbyt częstym. W laboratoriach na całym świecie powstają setki nowych potencjalnych leków, lecz jedynie niewielka część z nich może w przyszłości trafić na półki apteczne.  

Czas, jaki jest konieczny, aby wprowadzić nowy lek na rynek to około 8-12 lat.  

Środki finansowe potrzebne do tej czynności mogą sięgać kwoty nawet 200 milionów dolarów. Wysoki współczynnik niepowodzenia na etapie badań klinicznych, a także coraz większe wymogi bezpieczeństwa stawiane nowym lekom czynią cały proces długotrwałym i kosztownym. 

Główne etapy poszukiwania nowych leków 

Proces poszukiwania nowych leków możemy podzielić na dwa główne etapy: 

• etap I – faza badań przedklinicznych, 
• etap II – faza badań klinicznych. 

Faza badań przedklinicznych obejmuje badania chemiczne substancji, ocenę biodostępności, stabilności oraz ocenę toksyczności nowego związku. Ten etap opiera się na testach in vitro oraz na modelach zwierzęcych in vivo. Przełomem okazało się wprowadzenie komputerowych technik wizualizacyjnych. Dzięki tym technikom wiele procesów, które dotychczas wymagały bardzo kosztownych i czasochłonnych eksperymentów zostało zastąpione modelami komputerowymi.

Wynikiem prac etapu I jest wytypowanie najlepszego związku, który weźmie udział w fazie badań klinicznych. Faza ta obejmuje kilka etapów badań – nowe leki bada się na grupie zdrowych ochotników, a następnie na chorych pacjentach. Celem tego etapu jest określenie skuteczności, a także optymalnej dawki oraz potencjalnych działań niepożądanych nowego leku. 

Naturalne źródła nowych leków 

Niemal połowę wszystkich leków stanowią związki pochodzenia roślinnego lub ich syntetyczne analogi. Pozyskiwanie nowych leków z surowców roślinnych jest procesem długotrwałym, trudnym i kosztownym. Klasyczne metody opierają się na izolowaniu potencjalnie korzystnych związków roślinnych a następnie ekstrakcji. 

Kolejnym cennym źródłem leków pochodzenia naturalnego są mikroorganizmy. Przykładem przełomowego leku pochodzącego od mikroorganizmów jest penicylina. Po jej odkryciu intensywne prace opierały się na modyfikacji struktury tego antybiotyku w celu osiągnięcia lepszego i silniejszego działania. Dzięki temu powstały antybiotyki z grupy cefalosporyn, aminoglikozydów oraz tetracyklin. Są to leki, które do dzisiaj stosujemy w celu zwalczania zakażeń bakteryjnych. 

Projektowanie nowych leków na podstawie istniejących substancji leczniczych 

Wiele nowo powstających leków to modyfikacje związków już istniejących w lecznictwie. Modyfikacje takie skutkują lepszą dostępnością, ograniczeniem działań niepożądanych czy też rozszerzeniem aktywności.  

Ciekawym zjawiskiem jest optymalizacja niespodziewanych działań niepożądanych. Ta technika opiera się na syntezie nowych związków, które strukturalnie podobne są do tych występujących w lecznictwie, jednak różnicą jest odmienne działanie. Nadmierny efekt moczopędny podczas stosowania leków z grupy sulfonamidów (które zażywano w celu zniesienia infekcji bakteryjnych) poskutkował modyfikacją struktury i syntezą nowych moczopędnych leków o sulfonamidowej budowie.  

Przełomem w leczeniu zaburzeń seksualnych okazały się badania nad sildenafilem, który początkowo miał być lekiem stosowanym w dusznicy. W toku badań zaobserwowano zaskakujący wpływ na seksualność mężczyzn. Przypadek ten zmienił kierunek badań nad tą substancją. Sildenafil stosowany jest do dzisiaj jako skuteczny środek w zaburzeniach erekcji, a jego preparaty są szeroko dostępne w polskich aptekach.  

Nowoczesne metody projektowania leków 

Współczesne metody opierają się na zdefiniowaniu celu biologicznego leku, a następnie projektowaniu za pomocą komputera związków potencjalnie skutecznych. Biblioteki związków składają się zwykle z 10 000-20 000 substancji. Substancje te syntetyzuje się i identyfikuje spośród nich te, które wykazują najlepsze właściwości. Kolejno, na podstawie najciekawszych związków, projektowane są biblioteki celowane. Cały proces prowadzi do wyselekcjonowania kilku najlepszych związków, które są następnie badane in vivo. Wynikiem tej metody jest wytypowanie kandydata na nowy lek, który miałby szanse na pozytywny wynik badań klinicznych. 

Badania nad nowymi lekami mogą opierać się także na testach receptorowych. Testy te polegają na pozyskiwaniu na szeroką skalę wyizolowanych za pomocą inżynierii genetycznej receptorów, a następnie na prowadzeniu szybkich testów nowych substancji chemicznych. Technika ta pozwala na pełną automatyzację procesu badawczego. Dzięki takim technikom naukowcy są w stanie ocenić aktywność nawet kilkunastu tysięcy nowych związków dziennie. 

Obecne badania opierają się o optymalizację komputerową, polegającą na analizie parametrów wchłaniania, dystrybucji, metabolizmu oraz wydalania substancji z organizmu. Dzięki technikom komputerowym można ograniczyć czas i koszt procesu projektowania nowego leku.

Przeczytaj również:
Czym są nowoczesne postacie leków?