Роль математики в разработке новых лекарственных средств

Важнейшей областью приложения математики в целом – и усилий ученых факультета фундаментальной медицины в частности – является создание новых лекарственных средств. В современных условиях эта задача под силу только развитым государствам – странам с высоким уровнем развития фундаментальной науки и мощной высокотехнологичной информационной инфраструктурой.

Сегодня одним из главных для России является вопрос о производстве современных отечественных лекарств. Не закупка устаревшей продукции биофармацевтических фабрик, где самым выдающимся прибором является ферментер, – а создание новейших высокотехнологичных лекарств российского производства.

Например, суперкомпьютер «Ломоносов» успешно применяется на начальных стадиях создания лекарств, состоящих в поиске новых химических соединений – игибиторов, блокирующих патологические участки активных центров белков. Так, совместно с гематологическим центром РАМН проводится работа по созданию нового средства от тромбоза и поиску нового поколения кровезаменителей. Всего за полтора года (вместо 7–10 лет при использовании традиционных подходов) были открыты новые ингибиторы тромбина, по своей активности существенно превосходящие зарубежные аналоги; завершены доклинические испытания и идет подготовка к клиническим испытаниям созданного нового антитромботического средства. Ввод в строй другого суперкомпьютера меньшей мощности – «Чебышев» (пиковая производительность 60 терафлопс) – позволяет сократить продолжительность поиска ингибиторов до нескольких месяцев. С его помощью были осуществлены разработки ингибиторов интегразы ВИЧ (в качестве основы для нового лекарства от СПИДа), а также соединений, способных останавливать деление раковых клеток путем подавления ряда основных патофизиологических механизмов этого процесса. Между тем «Ломоносов»», введенный в эксплуатацию в 2009 г., сокращает поиск ингибиторов до нескольких дней: за счет этого существенно расширился спектр разработки новых лекарств. В настоящее время на суперкомпьютере «Ломоносов» проводятся расчеты по новым проектам, среди которых – разработка ингибиторов урокиназы (блокирование которой замедляет рост опухоли и метастазов)[7].

Главный инструмент в начальных стадиях разработки – это оригинальная программа допинга: поиска соответствующих молекул в активном центре белка-мишени, учитывающего энергию связи «ингибитор – белок» (чем больше энергия этой связи – тем эффективнее ингибитор и тем лучше разработанный на его основе препарат). Сейчас идет поиск этих новых молекулярных групп, эффективно связывающихся с активным центром урокиназы; начат уникальный исследовательский эксперимент по допингу более 3 млн молекул. Найденные в результате этого допинга молекулы – кандидаты в игибиторы будут далее экспериментально исследоваться уже на факультете фундаментальной медицины. Тем самым, фактически, запускается процесс стабильной разработки новейших лекарств. На этом сверхчувствительном первом этапе – когда отбор проводится из миллионов и десятков миллионов молекул, что в целях оценки их связываемости с активным центром белка требует проведения миллиардов и десятков миллиардов операций (что возможно только для суперусилителя), – закладывается фундамент всех дальнейших стадий создания лекарств: фармацевтической разработки, клинических испытаний, регистрационных исследований, вплоть до вывода на рынок: для этого уже фармацевтические компании должны подхватывать эти фундаментальные разработки.