Новые методы испытаний без использования животных для разработки вакцины от COVID‑19

Пандемия COVID -19 поставила задачу скорейшего появления новых медицинских препаратов. Из уст политиков многих стран уже прозвучали оптимистические обещания с конкретными датами – конец 2020 – начало 2021 года.

Работа ведется по трем основным направлениям: разработка лекарства для заболевших, разработка вакцины для предотвращения новых случаев заражения и так называемое «перепрофилирование», то есть проверка возможности использовать при лечении COVID -19 уже испытанных и хорошо себя проявивших при других заболеваниях медикаментов.

Ни одно лекарственное средство не должно появиться на рынке, не пройдя все положенные стадии: разработку, доклинические и клинические испытания, утверждение (лицензирование) и постпродажный контроль. Важнейшей частью всех этих этапов является тестирование, которое часто проводится с использованием подопытных животных. Нельзя забывать, что это трудный и долгий процесс, в случае с вакцинами длящийся иногда до 18 лет. Нам обещают сократить его до 18 месяцев. Возможно ли это? Нужно ли будет использовать для опытов еще больше животных? И можно ли будет соблюсти главную медицинскую заповедь – «не навреди!»?

К сожалению, эта заповедь иногда нарушается и применением таких медикаментов, которые прошли все стадии с соблюдением обычных сроков. Недавнее исследование, проведенное в Японии выявило 1256 негативных реакций на введение 142 препаратов, одобренных в этой стране с 2001 по 2010 годы. Почти половина из 578 препаратов, отозванных за последнее время в США и Европе, были сняты с производства из-за токсичности, выявленной после их появления в продаже.  

Франсуа Бюске, Томас Хартунг, Джорджия Пайокка, Констанца Ровида, Марсель Ляйст опубликовали исследование, озаглавленное «Использование новых методов тестирования без использования животных для разработки лекарств и вакцин от COVID‑19». Ученые говорят о четырех аспектах, которые должны контролироваться при разработке или перепрофилировании медикаментов и предлагают везде, где возможно значительно сократить или полностью отменить опыты с использованием животных.

Эти четыре аспекта контроля включают в себя контроль эффективности, безопасности, качества и точности воздействия лекарственного средства. Говоря об эффективности, разработчики лекарств должны понять принцип действия медикамента, способ его взаимодействия с «молекулярной мишенью», легкость его транспортировки по организму к местоположению мишени. Если речь идет о безопасности, нужна уверенность, что препарат не отторгается организмом, легко переносится, не имеет опасных побочных эффектов, не блокирует важные функции организма и не атакует важные клетки или органы. Препараты не должны мешать воздействию других лекарств, которые назначены больному.  Если эти вопросы решены, то встает задача наладить производство, которое будет гарантировать высокое – при этом постоянно!  — высокое качество препарата при его наибольшей доступности широким кругам населения, включая группы риска. Нужно будет организовать контроль многих, возможно всех, выпускаемых партий. Наконец, при перепрофилировании существующих лекарственных средств нужно определить специфичность воздействия данного препарата именно при лечении COVID‑19.

Сегодня для контроля каждого из четырех названных аспектов используются опыты с участием животных. Однако пока не существует изученной модели болезни, вызванной COVID‑19, у животных. Азиатские летучие мыши и рептилии могут являться носителями вируса, но так как ни те, ни другие не подходят для лабораторных исследований и переносят патологии совсем иначе чем люди, пользы от испытаний препаратов на этих животных мало. В таких случаях ученые привыкли использовать низших и человекообразных приматов, но сегодня уже известен опыт ВИЧ и гепатита С, в случае с которыми испытания на обезьянах не привели ни к какому результату. Иногда ученые используют методы лабораторного разведения мышей с генной модификацией для повышения их восприимчивости, как уже делалось для изучения других форм SARS. Контроль качества уже готовых вакцин требует наибольшего количества подопытных животных и приносит им наиболее тяжелые страдания, когда животные специально инфицируются.

В апреле 2010 года было заявлено о начале 1648 исследований COVID-19, 637 из которых были посвящены инвазивным методам, и еще 781 — организации лечения и лекарственному воздействию. Надо понимать, что эти числа надо оценивать пропорционально к 55 000 клиническим случаям заболевания, зарегистрированным ВОЗ, но и в этих условиях темпы впечатляют. Понятно, что некоторые критерии определения эффективности – безопасности – качества – точности воздействия лекарств будут критически важными, другие окажутся менее важны. Например, абсолютное большинство известных случаев нового заболевания протекали достаточно быстро, поэтому сейчас можно отложить вопрос о безопасности длительного применения лекарств. Чего надо избежать  прежде всего? — Вакцина не должна быть, во-первых, остро — токсичной, во-вторых, не должна способствовать развитию раковых клеток и, наконец, в — третьих, не должна мешать воздействию других лекарственных средств. COVID-19 часто приводит к цитокиновому шторму, сопровождающемуся респираторным дистресс — синдромом  и множественным отказом органов. Такие формы септического шока  нередко оказываются особенно сложными для определения эффективности лекарств.

Почему же появляется возможность отказаться от испытаний с участием животных? Во-первых, приходит понимание, что подобные испытания часто оказываются неэффективными, поскольку многие вирусы опасны именно для человека и что некоторые лекарства могут абсолютно по-разному проявлять себя для различных биологических видов. Сама болезнь тоже может проходит по-разному.  Известно, что обезьяны, например, не имеют наиболее серьезных симптомов заболевания SARS-CoV-2 , свойственных людям. Во-вторых, и в главных, последние несколько десятков лет, все большую популярность приобретают новейшие методы испытаний (NAM), которые позволяют в кратчайшие сроки обнаружить генотоксичные и канцерогенные свойства препаратов, создать человеческие антитела, способные бороться с определенными типами вирусов, получить органоиды (искусственно выращенные зачатки человеческих органов) пригодные для проверки степени заразности вируса и для оценки биологических процессов, воздействующих на вирусы. NAM могут оказаться полезными для определения особенно эффективного сочетания мишеней (синергии), а также для определения наиболее плодотворного сочетания лекарств (пропорциональность дозировок) прежде, чем использовать эти комбинации для лечения пациентов.  Недавно появились новые возможности- использование микрофизиологических систем человека, применяемых для изучения стволовых клеток и  в биоинженерии. Уже опубликованы результаты исследований некоторых антивирусных препаратов с использованием таких систем. Большинство органоидов и микрофизиологических систем лишены иммунного компонента, поэтому кажется, что они не могут заменить живые организмы при тестировании иммунного ответа на вакцину. . Но к ним можно добавить иммунные клетки. Хорошей возможностью кажется добавление антител или сыворотки от вакцинированных животных или переболевших людей. Особенно многообещающим выглядит применение искусственных лимфатических узлов. Уже известны случаи использования 3D — модели искусственного лимфоузла человека для изучения взаимодействия врожденного и адаптивного иммунного ответа in vitro. Подобные модели применялись для изучения появления иммунитета при применении некоторых вакцин от гриппа. Они безусловно являются наиболее вероятными кандидатами на замену подопытных животных при разработке вакцины от COVID-19. В контексте пандемии  COVID-19 в фокусе внимания часто оказывается “перепрофилирование” лекарственных препаратов. Необходимо провести повторное тестирование дозировки, но максимально в период, не превышающий одного месяца.  Правильно было бы провести это тестирование, используя  микрофизиологичесик системы, тем более что они часто полностью восстанавливаются за 28 дней и подходят для повторной дозировки. Клеточная инфекционность может быть протестирована на клеточных культурах ( клетках для культивирования Vero или органоидах), а молекулярные вирусные мишени , такие как полимераза, изначально тестируются на рекомбинантных формах ( биохимические испытания). Оба метода обеспечивают большой охват ( тысячи образцов) и предоставляют гораздо больше надежных и уточненных данных чем могли бы представить любые испытания на животных.

Работа над “тремя С” — субституцией, сокращением, и совершенствованием, может оказаться чрезвычайно плодотворной в области контроля над вакцинами и лекарственными препаратами. Новейшие методы тестирования уже доказали свою эффективность, так как процесс апробирование новых препаратов заметно ускорился с началом применения этих методов. Например, использование высокотехнологичного скрининга позволяет в кратчайшие сроки утверждать или наоборот дискредитировать лекарства-кандидаты, создающиеся для борьбы с COVID — 19. Благодаря проектам реализованным при поддержки Европейского Союза, за последние 20-30 лет,  развитие новейших методов тестирования достигло такого уровня, что с их помощью эффективность борьбы с “коронавирусом” значительно повышается. 

18 марта, в рамках Международной коалиции органов, регулирующих лекарственные средства, произошла дискуссия, посвященная COVID — 19, в ходе которой обсуждалось от каких клинических испытаний на животных будет целесообразно отказаться.  

К сожалению, когда дело доходит до безопасности, новейшим методам исследования еще предстоит пройти длинный путь, так как на Международном совете по гармонизации технических требований к лекарственным препаратам для человека было объявлено, что NAM могут применяться только в экстренных случаях. 

Тем не менее, некоторые правительственные организации (такие как Европейское агентство лекарственных средств и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) уже запустили несколько программ по включению новейших методов испытаний в систему оценивания безопасности и эффективности новых лекарственных средств. В рамках этих программ, использование клеток in vitro и ex vivo, а также моделей основанных на биологических тканях считается дополняющим, и даже заменяющими исследования на животных. Именно возможное использование человеческих тканей, 3D моделей органов и компьютерных технологий, может привести к реализации запросов политиков о создании новых лекарственных препаратов всего лишь в течение одного года.

*Лицензия Creative Commons Attribution 4.0 International License перевод и пересказ статьи.