8 сентября 1964: 14 килограммов коры, из которых вырос паклитаксел

История одного мешка коры показывает, почему поиск лекарства иногда начинается задолго до понимания его молекулы

Дерево, которое никто не считал лекарством

В августе 1962 года Артур Баркли работал совсем не так, как сегодня представляют себе разработчика нового лекарства. Перед ним не было известной терапевтической мишени, библиотеки виртуальных молекул или алгоритма, предсказывающего связывание препарата с белком.

Была другая стратегия: искать химическое разнообразие там, где его создала природа.

Национальный институт рака США (National Cancer Institute, NCI) вместе с Министерством сельского хозяйства США (USDA) организовал масштабный сбор растений для поиска веществ с противоопухолевой активностью. Ботаники отправляли образцы на биологический скрининг, а исследователи проверяли экстракты на способность повреждать опухолевые клетки.

21 августа 1962 года группа Баркли добралась до участка национального леса Гиффорд-Пинчот у горы Сент-Хеленс. Там рос тихоокеанский тис — небольшое хвойное дерево, Taxus brevifolia. В материалах Американского химического общества описано дерево высотой около 25 футов, примерно 7,6 метра.

Баркли присвоил растению номер B-1645. Образцы стеблей и плодов получили код PR-4959, а материал стебля и коры — PR-4960.

На тот момент это был просто очередной объект большой программы поиска.

Именно в этом заключается одна из важных деталей истории паклитаксела: тис не был выбран потому, что исследователи уже подозревали существование внутри него будущего лекарства. Первоначальный сбор был частью систематического поиска среди множества природных образцов.

Когда лабораторный тест изменил судьбу дерева

Образцы отправили в Wisconsin Alumni Research Foundation для получения экстрактов и первичного тестирования.

Экстракт коры PR-4960 проявил цитотоксичность против клеток KB. Цитотоксичность означает способность вещества повреждать или уничтожать клетки. Для программы поиска противоопухолевых соединений такой сигнал был основанием продолжить исследование.

Но одновременно он создавал проблему.

Сильная цитотоксичность сама по себе ещё не делает вещество хорошим лекарством. Соединение может одинаково эффективно повреждать и опухолевые, и нормальные клетки. Именно поэтому некоторые лаборатории не проявили интереса к материалу тиса: слишком токсичный экстракт мог оказаться очередным тупиком.

Чтобы выяснить, какое именно вещество отвечает за активность, химикам требовалось значительно больше растительного сырья.

Так возникла дата, которая сегодня выглядит почти кинематографически.

8 сентября 1964 года: Баркли снова идёт в лес

Через два года после первой экспедиции Баркли отправили обратно к месту первоначального сбора.

8 сентября 1964 года он вновь оказался возле тихоокеанского тиса и собрал 30 фунтов коры — примерно 13,6 кг. Новая партия получила номер PR-8059.

Кору упаковали и отправили в Северную Каролину, в Research Triangle Institute (RTI), где природными соединениями занимались химики Монро Уолл и Мансук Вани.

С современной точки зрения масштаб исходного материала особенно выразителен: почти 14 килограммов коры понадобились не для производства лекарства, а только для того, чтобы химики смогли понять, какое вещество в ней вообще работает.

Началась биологически направленная фракционировка — последовательное разделение сложного растительного экстракта на фракции с постоянной проверкой, в какой из них сохраняется нужная биологическая активность.

Исследователи буквально двигались вслед за сигналом.

Из килограммов коры — доли грамма вещества

Работа оказалась чрезвычайно трудной.

По воспоминаниям Мансуха Вани, которые приводят исследователи истории природных лекарственных соединений, примерно за полтора года из большого количества материала удалось получить около половины грамма чистого вещества.

Выход составлял приблизительно 0,004%.

Это одна из тех цифр, которые меняют восприятие всей истории.

За сегодняшней ампулой противоопухолевого препарата скрывается эпоха, когда исследователь мог начать почти с 14 килограммов древесной коры, чтобы получить количество активной молекулы, умещающееся в небольшой лабораторной ёмкости.

В сентябре 1966 года исследователи получили кристаллическое соединение. Уолл назвал его Taxol — по роду растений Taxus. Однако выделить вещество было недостаточно: требовалось определить его необычайно сложную химическую структуру.

Полную структуру опубликовали в 1971 году.

И даже тогда будущего лекарства ещё фактически не существовало.

Между открытием молекулы и пациентом лежали десятилетия

История паклитаксела особенно полезна для фармацевтического рынка потому, что разрушает привычную иллюзию: будто сильная молекула почти автоматически превращается в препарат.

С паклитакселом произошло обратное.

После первоначального открытия последовали годы исследований, сомнений и проблем с доступностью вещества. Только в 1977 году NCI выбрал Taxol кандидатом для клинической разработки после подтверждения противоопухолевой активности в экспериментальных моделях.

Затем возник ещё один принципиальный вопрос: почему эта молекула вообще действует?

В 1979 году группа Сьюзен Хорвиц в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна показала необычный механизм действия паклитаксела.

Микротрубочки — элементы клеточного каркаса — постоянно собираются и разбираются. Особенно важна эта динамика во время деления клетки: из микротрубочек формируется структура, необходимая для правильного распределения хромосом.

Многие известные к тому времени вещества нарушали образование микротрубочек.

Паклитаксел действовал иначе: он стабилизировал их и препятствовал нормальной разборке.

Иными словами, клеточное деление можно остановить не только разрушив необходимую конструкцию, но и сделав её чрезмерно стабильной. Для фармакологии это был принципиально новый способ воздействия на микротрубочки.

Проблемой стала уже не эффективность, а само дерево

Когда клинический потенциал Taxol становился всё очевиднее, возник парадокс: успех препарата угрожал его собственному источнику.

Тихоокеанский тис растёт медленно. Паклитаксела в коре мало, а снятие коры приводит к гибели дерева. Для получения количества препарата, необходимого для крупных клинических программ и будущего рынка, требовались огромные объёмы растительного материала.

Таким образом, задача поиска новых лекарств неожиданно превратилась в задачу промышленной технологии, управления цепочкой поставок и экологии.

Для современной фармацевтики эта часть истории едва ли менее интересна, чем открытие самой молекулы.

Можно найти великолепный активный ингредиент и всё равно не получить лекарство, если невозможно создать устойчивое производство.

Решением стали новые способы получения паклитаксела, в том числе полусинтетические технологии с использованием предшественников, которые можно получать из возобновляемых частей других видов тиса.

От лесного образца до регистрации прошло почти 30 лет

К концу 1980-х клинические исследования показали серьёзный потенциал паклитаксела при ранее леченном раке яичников. В одном из ключевых исследований примерно у 30% пациенток с распространённым заболеванием был зарегистрирован ответ на терапию.

В 1991 году NCI заключил соглашение с Bristol-Myers Squibb для решения задач производства и коммерческого развития Taxol.

18 декабря 1992 года Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA) одобрило паклитаксел для лечения рака яичников, не ответившего на другую терапию. В 1994 году последовало одобрение при раке молочной железы.

Между походом Баркли за корой 8 сентября 1964 года и первой регистрацией препарата прошло более 28 лет.

Сегодня паклитаксел используется при ряде злокачественных опухолей, а таксаны стали одним из фундаментальных классов противоопухолевой терапии.

Но его происхождение осталось напоминанием о том, насколько нелинейной бывает разработка лекарств.

Почему эта история важна сегодня

Историю паклитаксела легко романтизировать как рассказ о ботанике, случайно нашедшем лекарство в лесу. Но для фармацевтической индустрии интереснее другое: это была не просто удача.

За Баркли стояла инфраструктура.

Государственная программа организовала сбор растений. USDA обеспечивал ботаническую экспертизу. Лаборатории проводили биологический скрининг. NCI финансировал исследования и развитие соединения. Химики RTI выделили и идентифицировали активную молекулу. Академические исследователи раскрыли механизм действия. Клинические центры проверили препарат у пациентов. Позднее промышленный партнёр помог решить проблему масштабного производства и вывода лекарства на рынок.

Поэтому 14 килограммов коры — хороший символ не только природного происхождения лекарства, но и устройства фармацевтических инноваций.

Ценность исходного образца становится видимой только тогда, когда существует система, способная провести его через десятки последовательных фильтров: биологический сигнал, выделение молекулы, химическую идентификацию, доклинику, механизм действия, токсикологию, клинические исследования, производство, регуляторную регистрацию и масштабирование.

Эта логика сохраняется и сегодня.

Современная индустрия использует высокопроизводительный скрининг, геномику, структурную биологию, машинное обучение и искусственный интеллект. Но фундаментальная проблема осталась прежней: невозможно заранее знать, какой слабый первоначальный сигнал окажется началом нового терапевтического класса.

Есть и второй современный урок — производственный.

Фармацевтическая компания покупает не только перспективную молекулу. Она фактически принимает на себя всю цепочку будущих ограничений: сырьё, синтез, масштабирование, себестоимость, воспроизводимость качества и устойчивость поставок. История Taxol показывает это особенно наглядно: молекула могла обладать выдающейся биологией и одновременно оказаться почти непригодной для массового использования из-за способа её получения.

Для аптечного и дистрибуторского рынка эта история тоже имеет прямую современную параллель. Доступность лекарства определяется не только регистрацией. Между научным открытием и препаратом на полке или в клинике находится промышленная цепочка, и её слабое звено способно ограничить доступ пациентов даже к эффективной терапии.

Наконец, история паклитаксела напоминает, почему природные соединения не следует воспринимать как архаичную главу фармакологии. Природа остаётся огромной химической библиотекой, сформированной эволюцией, а современные технологии позволяют исследовать эту библиотеку способами, недоступными Баркли, Уоллу и Вани.

Разница в инструментах огромна.

Принцип поиска изменился гораздо меньше.