Когда бактерии заменили животных в производстве инсулина

Одно решение FDA изменило не только лечение диабета, но и представление о том, как можно создавать лекарства

28 октября 1982 года: подпись, за которой стояла новая индустрия

В этот день FDA направило компании Eli Lilly официальное письмо об одобрении нового препарата для лечения сахарного диабета.

Документ подписал Сол Собел (Sol Sobel), руководитель подразделения FDA, занимавшегося эндокринными и метаболическими лекарственными препаратами.

Спустя годы, вспоминая этот момент, Собел произнёс примечательные слова: «Если не считать свидетельства о браке, это был самый важный документ, который я когда-либо подписывал».

Причина была не только в медицинском значении инсулина. FDA впервые разрешило продавать лекарство, действующее вещество которого производили генетически модифицированные микроорганизмы.

Для современной фармацевтики это привычная технология. Но в 1982 году перед регулятором стоял принципиально новый вопрос: можно ли считать достаточно безопасным лекарственный белок, если его производит бактерия, которой искусственно изменили генетическую программу?

От ответа зависела не только судьба одного препарата. Инвесторы, исследователи и фармацевтические компании пытались понять, существует ли вообще практический путь от генной инженерии к коммерческому лекарству.

Сколько животных требовалось для лечения диабета

С момента внедрения инсулинотерапии в 1922 году производство этого жизненно необходимого гормона десятилетиями зависело от поджелудочных желёз свиней и крупного рогатого скота.

Фармацевтические предприятия получали органы животных на мясоперерабатывающих производствах, выделяли инсулин, очищали его и превращали в лекарственный препарат.

С развитием технологий очистки качество инсулина постепенно улучшалось. Однако существовала фундаментальная проблема: объём производства зависел от количества доступного животного сырья.

Масштабы этой зависимости сегодня трудно представить.

По историческим данным FDA, в 1981 году для получения примерно одного фунта инсулина требовалось переработать около 8000 фунтов поджелудочных желёз, полученных от 23 500 животных.

Этого количества инсулина хватало приблизительно на годовое лечение 750 пациентов.

Иными словами, для обеспечения инсулином сравнительно небольшой группы людей требовалась огромная сырьевая цепочка.

При увеличении числа пациентов, нуждающихся в инсулинотерапии, такая модель вызывала опасения относительно будущих поставок. Доступность сырья зависела от животноводства, мясной промышленности и рыночных колебаний.

Но проблема заключалась не только в масштабах производства.

Инсулин свиней и крупного рогатого скота немного отличается по аминокислотной последовательности от человеческого. У части пациентов применение животных препаратов сопровождалось иммунными реакциями, хотя совершенствование очистки существенно уменьшало эти риски.

Фармацевтической индустрии требовался источник инсулина, который можно было бы масштабировать независимо от количества забитых животных.

Как бактерию научили производить человеческий гормон

Решение появилось благодаря технологии рекомбинантной ДНК — способу изменять генетическую информацию клетки, чтобы заставить её производить необходимый белок.

В 1978 году исследователи американской биотехнологической компании Genentech и медицинского исследовательского центра City of Hope добились получения человеческого инсулина с использованием бактерий Escherichia coli.

Среди ключевых участников этой работы были Артур Риггс, Кэйити Итакура и Герберт Бойер.

Принцип заключался в том, чтобы передать микроорганизму генетические инструкции для синтеза человеческого белка.

Но здесь есть важная историческая деталь, которую часто упускают.

Исследователи первоначально не извлекали готовый ген инсулина из человеческой клетки, чтобы просто перенести его в бактерию.

Последовательность аминокислот инсулина была известна, а соответствующие участки ДНК учёные сконструировали и синтезировали химическим способом.

Инсулин состоит из 51 аминокислоты, образующей две цепи — A и B.

На раннем этапе обе цепи производили отдельно с помощью генетически модифицированных бактерий, затем выделяли, очищали и соединяли, получая активный человеческий инсулин.

Таким образом, исследователи создали генетические инструкции, которых изначально не существовало в бактериальной клетке, и заставили живой микроорганизм выполнять совершенно новую производственную задачу.

Однако успешный лабораторный эксперимент ещё не означал появления лекарства.

Необходимо было научиться выращивать бактерии в промышленных масштабах, выделять получаемый белок, обеспечивать его чистоту и стабильность, а затем доказать безопасность и эффективность препарата у пациентов.

Эту задачу взяла на себя компания Eli Lilly, получившая доступ к технологии Genentech.

Возникла модель сотрудничества, которая впоследствии стала характерной для биотехнологической индустрии: небольшая инновационная компания разрабатывает технологическую платформу, а крупный фармацевтический производитель обеспечивает масштабирование, клиническую разработку и коммерциализацию.

Пять месяцев вместо двух с половиной лет

14 мая 1982 года Eli Lilly представила FDA регистрационное досье на биосинтетический человеческий инсулин — инсулин человеческий (insulin human), который планировалось выпускать под торговым названием Humulin.

В рассмотрении участвовал врач-рецензент Генри Миллер (Henry I. Miller), руководивший группой оценки препарата.

Перед FDA находилась непростая задача.

С одной стороны, молекула нового инсулина имела ту же аминокислотную последовательность, что и инсулин, естественно вырабатываемый человеческим организмом.

С другой стороны, производственная технология была принципиально новой.

Регулятор должен был убедиться, что препарат не содержит опасных примесей, связанных с бактериальным производством, а новый способ получения белка не создаёт дополнительных рисков.

Особое внимание уделялось остаточным бактериальным белкам и ДНК, возможной контаминации производственных культур, качеству очистки и потенциальным иммунным реакциям пациентов.

FDA не освободило препарат от полноценной регистрации из-за того, что его действующее вещество было известно. Humulin рассматривали в рамках полной процедуры оценки нового лекарственного продукта.

При этом регуляторы решили, что для изучения рекомбинантного инсулина не требуется создавать совершенно новую систему доказательств.

Главным оставался сам лекарственный продукт: его характеристики, чистота, эффективность, безопасность и воспроизводимость производства.

Клинические исследования, проведённые Eli Lilly, позволяли оценить применение человеческого инсулина как у пациентов, ранее не получавших инсулинотерапию, так и у людей, переходивших с препаратов животного происхождения.

В результате FDA одобрило Humulin всего примерно за пять месяцев.

Для сравнения: по воспоминаниям Миллера, средняя продолжительность рассмотрения новых лекарств в FDA тогда составляла около 30,5 месяца.

Почему начальство опасалось быстрого одобрения

За официальным решением скрывалась история, о которой Генри Миллер позднее неоднократно рассказывал в своих публикациях.

По его словам, группа экспертов была готова рекомендовать одобрение препарата уже после четырёх месяцев рассмотрения.

Но непосредственный руководитель Миллера отказался поддержать настолько быстрое решение.

Его тревожила не обнаруженная проблема с качеством или эффективностью инсулина. Он опасался последствий для самого ведомства, если после одобрения нового препарата возникнут серьёзные осложнения.

В пересказе Миллера логика руководителя была следующей: если с лекарством что-то случится, FDA обвинят в поспешности.

По воспоминаниям врача-рецензента, примерно через месяц, когда непосредственный начальник находился в отпуске, он передал документы руководителю более высокого уровня. Тот подписал разрешение.

Из исторического материала FDA известно, что официальное письмо об одобрении Humulin от 28 октября 1982 года действительно подписал Сол Собел.

Здесь важно разделять два свидетельства.

Дата и подпись подтверждаются документированной историей FDA. Обстоятельства внутреннего сопротивления известны прежде всего из более поздних воспоминаний Генри Миллера, отражающих его личный взгляд на происходившее.

Но сама ситуация показывает проблему, которая сохраняет актуальность для регулирования инновационных лекарств: регулятор должен защищать пациентов от недостаточно изученных технологий, не превращая осторожность в неоправданную задержку лечения.

Почему новая технология не сделала инсулин сразу дешевле

Одобрение Humulin означало появление масштабируемого источника человеческого инсулина. Однако технологическое преимущество не означало немедленного снижения стоимости лечения.

В ноябре 1982 года журнал Chemical & Engineering News приводил расчёты Eli Lilly, согласно которым предполагаемая средняя стоимость дневной терапии Humulin составляла 50-55 американских центов.

Для сравнения, терапия смешанным бычьим и свиным инсулином оценивалась в 28-35 центов в день, а очищенным свиным инсулином — в 44-52 цента.

Это были оценки компании для того периода, а не универсальные фактические цены для всех пациентов.

Тем не менее сравнение принципиально важно.

Новая технология решала прежде всего проблему происхождения сырья, масштабирования и качества производства. Она не гарантировала, что готовый препарат немедленно станет дешевле существующих аналогов.

В дальнейшем рекомбинантный инсулин постепенно вытеснил значительную часть препаратов животного происхождения.

Для пациентов это означало более широкий доступ к инсулину с человеческой аминокислотной последовательностью, а для некоторых людей — возможность уменьшить проблемы, связанные с иммунными реакциями на животные препараты.

При этом нельзя утверждать, что переход на человеческий инсулин автоматически улучшал контроль диабета у каждого пациента. Эффективность лечения по-прежнему зависела от подбора препарата, режима введения, дозы и наблюдения за уровнем глюкозы.

Как Humulin изменил фармацевтический рынок

Для Eli Lilly одобрение закрепило возможность использовать новую технологическую платформу в одном из важнейших направлений её бизнеса.

Для Genentech это стало подтверждением коммерческой ценности генетической инженерии и возможности получать доход от технологии, разработанной в сотрудничестве с академическими исследователями.

Для других фармацевтических компаний событие продемонстрировало, что генетически модифицированные клетки могут стать промышленным источником лекарственных белков.

Уже в последующие годы рекомбинантные технологии начали использовать для получения других препаратов.

В 1985 году FDA одобрило рекомбинантный гормон роста человека. Позднее появились препараты рекомбинантного эритропоэтина, факторов свёртывания крови и других терапевтических белков.

Особенно важным оказалось изменение подхода к производству.

Если раньше получение определённых биологических препаратов зависело от тканей животных или человека, то теперь стало возможно использовать контролируемые клеточные производственные системы.

Это не отменило технологических рисков. Наоборот, производство биологических препаратов потребовало высокой точности контроля клеточных культур, примесей, структуры белков и стабильности каждой серии.

Но сама возможность создания таких лекарств открыла фармацевтической отрасли новые направления развития.

Почему эта история важна сегодня

Спустя более четырёх десятилетий производство многих биологических препаратов основано на том же фундаментальном принципе: генетически модифицированные клетки синтезируют необходимые человеку белки.

Сегодня этот подход используют для производства различных гормонов, ферментов, факторов свёртывания крови и моноклональных антител.

При этом технология стала значительно сложнее. Некоторые лекарственные белки требуют клеток млекопитающих, поскольку бактериальные системы не способны обеспечить необходимые структурные особенности таких молекул.

История Humulin остаётся актуальной прежде всего как пример того, как регулятор может работать с принципиально новой технологией.

FDA не пыталось доказать безопасность генетической инженерии вообще. Ведомство оценивало конкретный препарат, конкретный производственный процесс и конкретные данные.

Это различие принципиально и сегодня, когда регуляторы рассматривают генную и клеточную терапию, новые биотехнологические платформы и лекарства, созданные с помощью технологий, не существовавших ещё несколько десятилетий назад.

Есть и другой важный урок.

Технологическая независимость от дефицитного сырья не тождественна экономической доступности препарата.

Современный рынок инсулина показывает, что даже после решения фундаментальной производственной проблемы остаются вопросы патентов, конкуренции, ценообразования и доступности лечения.

В США с марта 2020 года инсулины регулируются в рамках системы биологических лекарственных препаратов, что открыло для них соответствующие регистрационные пути, включая биосимиляры — препараты, высокое сходство которых с оригинальным биологическим лекарством подтверждается специальными исследованиями.

В 2021 году FDA одобрило первый взаимозаменяемый биосимиляр инсулина — Semglee, содержащий инсулин гларгин.

Таким образом, история, начавшаяся с получения инсулина из бактерий, продолжается уже в другой плоскости: как обеспечить конкуренцию, не снижая требований к качеству и безопасности сложных биологических лекарств.