Как погибшие коровы помогли создать лекарство против тромбов

История фермера, заплесневелого сена и открытия, изменившего антикоагулянтную терапию

Зима 1933 года: фермер, который не хотел терять больше коров

В начале 1933 года фермер Эд Карлсон (Ed Carlson) из небольшого поселения Дир-Парк в американском штате Висконсин столкнулся с бедствием. Его коровы погибали одна за другой. У животных возникали кровотечения, иногда без видимых повреждений, а кровь переставала нормально сворачиваться.

Для фермера в разгар Великой депрессии потеря нескольких коров означала серьёзную экономическую угрозу. Карлсон хотел выяснить причину болезни и спасти оставшееся стадо.

Во время снежной бури он преодолел более 300 километров до Мэдисона, где находился Висконсинский университет.

В кузове его автомобиля были необычные для университетского визита вещи: мёртвая тёлка, молочный бидон с несвернувшейся кровью и большой запас испорченного клеверного сена.

Карлсон рассчитывал встретиться с ветеринаром. Но дело происходило в субботу, и большинство университетских помещений было закрыто.

В итоге фермер оказался в лаборатории биохимика Карла Пола Линка (Karl Paul Link).

Точная календарная дата этой встречи надёжно не установлена. Американское химическое общество относит её к началу 1933 года.

Однако сам эпизод хорошо документирован. Именно с него обычно начинают историю открытия варфарина.

Почему коровы умирали от обычного сена

К моменту приезда Карлсона специалисты уже знали о существовании так называемой болезни донника — sweet clover disease.

Ещё в 1920-х годах ветеринары Фрэнк Шофилд (Frank Schofield) в Канаде и Ли Родерик (Lee Roderick) в США установили связь между смертельными кровотечениями у крупного рогатого скота и употреблением испорченного донникового сена.

Донник широко использовали как кормовое растение. Он хорошо рос в климате северных штатов и позволял заготавливать корм на зиму.

Но иногда сено отсыревало и покрывалось плесенью. После употребления такого корма животные становились уязвимыми даже к сравнительно небольшим повреждениям сосудов. У них возникали обширные кровоизлияния, а остановить кровотечение организм уже не мог.

Проблема заключалась не в самом доннике.

Растение содержит природное соединение кумарин (coumarin). В определённых условиях при порче сена происходят химические превращения с участием плесневых грибов, в результате которых образуется другое вещество, способное нарушать свёртывание крови.

Ветеринары понимали, какой корм опасен, но точная химическая природа действующего вещества оставалась неизвестной.

Карлсон привёз в лабораторию не загадку, о которой никто прежде не слышал, а реальные образцы болезни, механизм которой исследователи ещё не смогли объяснить.

Шесть лет работы над одним веществом

Линк и его сотрудники заинтересовались возможностью выделить соединение, ответственное за кровотечения.

Для этого потребовалось не просто исследовать испорченное сено. Нужно было создать экспериментальную систему, позволяющую определить, какие вещества действительно влияют на свёртывание крови.

Исследователи использовали лабораторных животных, изучали действие различных образцов корма и постепенно совершенствовали методы выделения активных соединений.

Работа продолжалась несколько лет.

В 1939 году сотрудник лаборатории Гарольд Кэмпбелл (Harold Campbell) сумел выделить небольшое количество чистого кристаллического вещества с выраженными антикоагулянтными свойствами.

Впоследствии оно получило название дикумарол (dicoumarol).

Коллеги Кэмпбелла, Марк Штамман (Mark Stahmann) и Чарльз Хюбнер (Charles Huebner), установили его химическое строение. В 1940 году они синтезировали идентичное соединение, подтвердив правильность структуры.

Так учёные получили возможность исследовать вещество уже не как случайную примесь испорченного корма, а как конкретную молекулу с воспроизводимым фармакологическим действием.

Это был принципиальный переход от ветеринарного наблюдения к управляемому биохимическому эксперименту.

Как вещество, вызывавшее кровотечения, оказалось полезным медицине

Здесь история приобретает особый смысл.

Для коров дикумарол был опасен потому, что лишал организм способности своевременно останавливать кровотечение.

Но у человека существует противоположная проблема: иногда кровь сворачивается там, где этого происходить не должно.

Тромб может образоваться внутри вены или артерии и нарушить кровоснабжение тканей. Тромбоз глубоких вен способен осложниться тромбоэмболией лёгочной артерии, а образование сгустков крови в сердце при фибрилляции предсердий может привести к ишемическому инсульту.

Возник естественный исследовательский вопрос: можно ли использовать вещество, подавляющее свёртывание крови, не для разрушительного, а для лечебного эффекта?

Разница заключалась в дозировке, возможности контролировать действие соединения и соотношении пользы и риска.

В 1941 году начались клинические исследования дикумарола. В 1944 году препарат получил одобрение американского регулятора FDA.

Но на этом история не закончилась.

От крысиных ядов до лекарств для пациентов

Команда Линка продолжила синтезировать соединения, химически родственные дикумаролу.

Исследователи получили более сотни производных и сравнивали их биологические свойства.

Одно из веществ, обозначенное в лабораторных записях номером 42, оказалось особенно эффективным против грызунов.

Его синтезировали Марк Штамман и Миёси Икава (Miyoshi Ikawa).

Соединение назвали варфарином (warfarin).

Название образовали от аббревиатуры WARF — Wisconsin Alumni Research Foundation, фонда, поддерживавшего университетские исследования, — и окончания слова coumarin.

В 1948 году варфарин появился на рынке.

Но не как лекарство для человека.

Его начали продавать как средство борьбы с крысами и мышами.

Действие было основано на том же механизме: подавлении нормального свёртывания крови, которое при неконтролируемом воздействии приводило к смертельным кровотечениям.

Одновременно исследователи продолжали оценивать перспективы медицинского применения этого класса соединений.

Варфарин оказался удобнее дикумарола по ряду фармакологических характеристик. Разработка лекарственной формы варфарина натрия позволила создать препарат с более предсказуемыми возможностями применения и контроля терапии.

В 1954 году FDA одобрило варфарин натрия для медицинского применения под торговым названием Кумадин (Coumadin).

Получилась необычная историческая последовательность.

Сначала вещество обнаружили благодаря смертельным кровотечениям у животных.

Затем научились воспроизводить и изменять его химическую структуру.

После этого одно из производных стало коммерческим средством против грызунов.

И только затем оно получило широкое применение в человеческой медицине.

В 1955 году варфарин использовали при лечении президента США Дуайта Эйзенхауэра после перенесённого инфаркта миокарда. Этот случай дополнительно привлёк общественное внимание к препарату.

Как варфарин вмешивается в систему свёртывания крови

В основе действия варфарина лежит нарушение обмена витамина К.

Этот витамин необходим печени для образования функционально активных белков, участвующих в свёртывании крови.

Речь прежде всего о факторах II, VII, IX и X.

Чтобы они могли полноценно выполнять свои функции, витамин К должен находиться в определённой химической форме. После участия в биохимических реакциях он восстанавливается специальной ферментной системой.

Варфарин блокирует один из ключевых компонентов этой системы — фермент VKORC1, витамин-К-эпоксидредуктазу.

В результате в организме становится меньше функционально активных факторов свёртывания.

Кровь не становится физически более жидкой. Просто снижается её способность образовывать сгустки.

И здесь необходимо принципиальное уточнение.

Варфарин не растворяет уже сформировавшиеся тромбы. Он уменьшает вероятность образования новых и увеличения существующих сгустков, предоставляя собственным механизмам организма возможность постепенно справляться с тромботическими массами.

Именно поэтому варфарин относится к антикоагулянтам, а не к тромболитическим препаратам.

Почему эффективное лекарство требует постоянного контроля

История варфарина показывает, насколько тонкой может быть граница между лечебным и опасным действием.

Недостаточное подавление свёртывания оставляет пациента под угрозой тромбоза.

Избыточное подавление увеличивает риск кровотечений, включая потенциально смертельные внутричерепные кровоизлияния.

Кроме того, чувствительность к варфарину существенно различается между пациентами.

На эффект препарата влияют особенности обмена веществ, генетические варианты ферментов, взаимодействия с другими лекарствами и поступление витамина К с пищей.

Поэтому лечение требует регулярного лабораторного контроля.

Для этого используется международное нормализованное отношение — МНО (INR), показатель, позволяющий оценивать интенсивность антикоагулянтного действия и корректировать дозу.

Целевой диапазон МНО зависит от клинической ситуации.

Появление варфарина сделало длительную пероральную антикоагулянтную терапию практически осуществимой для большого числа пациентов. Но одновременно потребовало формирования системы постоянного наблюдения, лабораторной диагностики и индивидуального подбора дозы.

Почему эта история важна сегодня

За десятилетия антикоагулянтная терапия существенно изменилась.

Появились прямые пероральные антикоагулянты — препараты, воздействующие непосредственно на определённые факторы свёртывания крови.

К ним относятся, например, апиксабан (apixaban), ривароксабан (rivaroxaban), дабигатран (dabigatran) и эдоксабан (edoxaban).

В отличие от варфарина, они не подавляют восстановление витамина К и обычно не требуют регулярного контроля МНО.

Для многих пациентов с фибрилляцией предсердий и венозными тромбоэмболическими осложнениями такие препараты сегодня являются предпочтительным вариантом лечения.

Однако варфарин не исчез из клинической практики.

Он остаётся принципиально важным для пациентов с механическими протезами сердечных клапанов, а также при некоторых формах выраженного митрального стеноза, сопровождающегося фибрилляцией предсердий.

В этих ситуациях современные клинические рекомендации сохраняют преимущество антагонистов витамина К.

Это важное напоминание: появление нового поколения лекарств не всегда означает, что предыдущие препараты полностью утратили своё значение.

Для врачей история варфарина — пример необходимости индивидуального выбора антикоагулянта в зависимости от заболевания, риска кровотечений и особенностей пациента.

Для пациентов — объяснение того, почему препараты, предотвращающие тромбы, требуют точного соблюдения назначений и почему самостоятельное изменение дозы может быть опасным.

Для фармацевтической индустрии здесь заключён ещё один урок.

История началась с ветеринарной проблемы, продолжилась фундаментальными биохимическими исследованиями, химическим синтезом, патентованием, лицензированием и клинической разработкой.

Wisconsin Alumni Research Foundation сыграл важную роль в коммерциализации результатов университетской науки. Доходы от лицензирования интеллектуальной собственности впоследствии использовались для финансирования новых исследований.

Так сформировался пример модели, в которой фундаментальная наука, университет, патентная защита и фармацевтический рынок связаны единой цепочкой.

Открытие может произойти в совершенно неожиданной области, но его превращение в лекарство требует многолетней работы, проверки эффективности и безопасности, а также подходящей системы разработки и внедрения.