Kiedy będziemy mieć projektowane leki?
Ilekroć zażywamy lekarstwo, czy jest to tabletka aspiryny, czy technologicznie zaawansowany ostatnio wprowadzony do użytku cudowny specyfik, pokładamy bezwarunkowe zaufanie w dwóch faktach dotyczących Wszechświata. Pierwszym z nich jest to, że życie – od ameb po istoty ludzkie – oparte jest na chemii. Każda komórka organizmu może być traktowana jako skomplikowana fabryka chemiczna z tysiącami molekuł różnych rodzajów, poruszających się we wszystkie strony i spełniających swoje misje.
Drugim faktem jest to, że funkcjonowanie wszystkich tych cząsteczek zależy od ich trójwymiarowej geometrii i kilku innych prostych cech. Aby na przykład dwie cząsteczki połączyły się i utworzyły trzecią, muszą mieć taki kształt, by atomy na ich powierzchniach mogły tworzyć wiązania utrzymujące cząsteczki razem. Funkcja cząsteczki w żywym organizmie zależy od jej kształtu. I to jest miejsce, w które wkraczają leki, ponieważ celem działania cząsteczek każdego leku, jaki przyjmujemy, jest zmiana kształtu cząsteczek w komórkach, a przez to zmiana ich funkcji.
Oto przykład. Działanie butelki określone jest jej geometrią. Ma ona dużą zamkniętą przestrzeń do przechowywania cieczy i otwartą szyjkę, aby można było ciecz nalewać i wylewać. Jeśli zakorkujemy butelkę, nie będzie już mogła spełniać swych funkcji, ponieważ korek uniemożliwia wylewanie i nalewanie cieczy. Stosując tę analogię, możemy powiedzieć, że cząsteczki w komórce są butelkami, a leki, jakie przyjmujemy w celu zablokowania ich czynności, to korki.
W ciągu całej swej historii ludzie poszukiwali w wielu różnych miejscach substancji mogących spełniać rolę lekarstw. Ostatecznie przyroda „pitrasiła” chemikalia przez miliardy lat – mamy więc wszędzie olbrzymie zapasy możliwych do wykorzystania „korków”. Naukowcy gromadzą okazy roślin i zwierząt z całego świata i analizują je pod kątem interesujących związków chemicznych, które testują następnie pod względem szczególnie użytecznych właściwości. Jeśli mają one takie związki, to uruchomiony może zostać długi program rozwojowy (którego koszt wynosi zazwyczaj setki milionów dolarów), by ukształtować te molekuły w coś, co może stać się użytecznym lekarstwem. Istota sprawy polega jednak na tym, że historycznie proces ten był mniej więcej przypadkowym przetrząsaniem magazynu molekuł przyrody w celu znalezienia tej jednej, która mogłaby być użyteczna. Wyglądało to tak, jakby poszukiwać korka do butelki z winem w olbrzymiej stercie korków, aż wreszcie znajdzie się ten pasujący.
Ten rodzaj losowego poszukiwania sprawdzał się całkiem dobrze, zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę, że przez większą część dziejów ludzkości robiono to po omacku, bez żadnej wiedzy o tym, jak działają leki lub (mówiąc naszym językiem) jaki był kształt cząsteczki, na którą działały. Jednak w ciągu ostatnich kilku dziesiątków lat, gdy przyswoiliśmy sobie bardziej szczegółowe informacje o biologii molekularnej chorób, stało się możliwe poszukiwanie nowych leków w całkiem inny sposób. Zamiast szperać na ślepo w stosie korków, aby znaleźć pasujący do naszej butelki, możemy zmierzyć butelkę i dorobić do niej korek.
Chociaż od dwudziestu lat mamy na rynku kilka tak zwanych leków projektowanych, przeczuwam, że znajdujemy się u progu wielkich przeobrażeń i że zanosi się w tej dziedzinie na duży postęp w przemyśle farmaceutycznym. W przyszłości będzie takich leków o wiele więcej – wyrażenie „leki projektowane” stosowane jest przez naukowców do opisania cząsteczek wytworzonych w laboratorium, a nie wziętych z natury.
Podstawowe narzędzie do rozwijania produkcji leków projektowanych zwane jest wspomaganym komputerowo projektowaniem leków (CADD – Computer Assisted Drug Design). W systemie tym cząsteczki będące „celem” leku ukazują się na ekranie komputera, a różne proponowane cząsteczki leku przybliżane są do nich, aby sprawdzić, czy będą do nich pasowały. W rezultacie komputer używany jest do sprawdzania, czy „korek” pasuje do „butelki”. Krok ten zastępuje mozolny proces zbierania i laboratoryjnego testowania, stosowany obecnie przy poszukiwaniach surowca na lek.
Jeśli określony projekt cząsteczki leku wydaje się obiecujący, można postawić następne pytania. Czy ta cząsteczka najlepiej nadaje się do wykonania określonego zadania? Czy można ją otrzymać w laboratorium do testowania? Czy taki lek może być wyprodukowany w dużych ilościach? Tanio? Czy zostanie przyswojony przez organizm tak, by mógł dojść do miejsca, w którym ma działać?
I na koniec, czy będą jakieś szkodliwe skutki uboczne? Na niektóre z tych pytań można odpowiedzieć już na etapie CADD, lecz na inne (zwłaszcza to ostatnie) odpowiedzi należy szukać, przeprowadzając testy kliniczne.
Jest rzeczą zastanawiającą, że leki projektowane mogą mieć większe konsekwencje nie dla medycyny, lecz (co będzie równie ważne) dla naszego stosunku do środowiska naturalnego. Sztandarowym argumentem na rzecz ochrony lasów deszczowych jest to, że w przeszłości służyły one za rezerwuar cząsteczek mogących mieć lecznicze zastosowanie. Jeśli jednak możemy zaprojektować te leki od samego początku, to argument na rzecz wartości lasów deszczowych staje się mniej przekonujący. Być może trzeba będzie pomyśleć o znalezieniu innych.