PORTĀLS ĀRSTIEM UN FARMACEITIEM
Šī vietne ir paredzēta veselības aprūpes speciālistiem

Biofarmaceitiskie līdzekļi jeb biozāles

V. Pirsko
Biofarmaceitiskie līdzekļi  jeb biozāles
Zāles bieži tiek uzskatītas par medicīniskās terapijas "mugurkaulu". Lielākā daļa zāļu ir mazmolekulāras organiskās vielas. Lai arī dažas zāles, piemēram, acetilsalicilskābe, sākotnēji tika izolētas no bioloģiska izejmateriāla, vairākumā gadījumu tagad tās tiek iegūtas ar ķīmiskās sintēzes palīdzību. Virkne medikamentu ražošanai nepieciešamo aktīvo vielu, piemēram, hormoni, asins produkti vai antibiotikas, tiek iegūti vai ekstrahēti no bioloģiska avota. Šādas zāles var saukt par farmaceitiskās biotehnoloģijas produktiem. Farmaceitiskās biotehnoloģijas produkts ir arī biofarmaceitiskie līdzekļi jeb biozāles - viena no ātrāk augošajām un daudzējādā ziņā aizraujošākām farmaceitiskās rūpniecības nozarēm.

Biofarmaceitiskie līdzekļi un farmaceitiskā biotehnoloģija

Kas īsti ir biofarmaceitiskie līdzekļi jeb biozāles (biopharmaceuticals)? Šādu terminu plaši lieto farmaceitiskajā literatūrā un speciālistu vidū, taču skaidras definīcijas nav ne farmācijas vārdnīcās, ne zāļu lietošanas uzraudzības iestāžu un pat ne ražotāju tīmekļa vietnēs. Termins "biofarmaceitiskie līdzekļi" radās 1980. gados, un to attiecina uz farmaceitiskajiem produktiem, ko iegūst ar mūsdienu biotehnoloģijas metožu palīdzību. Pie biozālēm pieskaita proteīnu dabas zāles, kas tiek iegūtas ar rekombinantās DNS (rDNS) tehnoloģijas jeb gēnu inženierijas metodēm vai - monoklonālo antivielu gadījumā - ar hibridomu tehnoloģijas palīdzību (skat. attēlu). 1990. gados radās ideja par zālēm, kuru pamatā ir nukleīnskābes, proti, gēnu terapijas un antisense tehnoloģijas produktiem, un arī šādas zāles tiek uzskatītas par biofarmaceitiskajiem līdzekļiem. Tātad biozāles var definēt (vai vismaz raksturot) kā proteīnu vai nukleīnskābju dabas zāles, ko lieto ārstnieciskā vai in vivo diagnostiskā nolūkā un kas tiek iegūtas no dzīvām bioloģiskām sistēmām (baktērijām, raugiem, šūnu kultūrām, transgēniem augiem vai dzīvniekiem) ar metodēm, kas nav tieša ekstrahēšana no biotehnoloģiski neizmainīta dabiskā izejmateriāla. Mūsdienās pie biozāļu grupas pieskaita arī no veselām šūnām veidotus ārstnieciskus līdzekļus (piemēram, šūnu terapiju).

Biozāles tiek iegūtas galvenokārt ar rekombinantās DNS (rDNS)  jeb gēnu inženierijas vai hibridomu tehnoloģijas palīdzību Biozāles tiek iegūtas galvenokārt ar rekombinantās DNS (rDNS)  jeb gēnu inženierijas vai hibridomu tehnoloģijas palīdzību
1. attēls
Biozāles tiek iegūtas galvenokārt ar rekombinantās DNS (rDNS) jeb gēnu inženierijas vai hibridomu tehnoloģijas palīdzību

LR normatīvajos aktos definēti "bioloģiskie līdzekļi", un šo līdzekļu grupā ietilpst daļa biozāļu. Pie bioloģiskiem līdzekļiem pieskaita imunoloģiskos preparātus (vakcīnas, toksīnus, serumus aktīvās imunitātes radīšanai, imunitātes stāvokļa diagnosticēšanai vai pasīvās imunitātes radīšanai), no cilvēka asinīm un plazmas iegūtas zāles, kuru pamatā ir asins komponenti, un jaunieviestās jeb "uzlabotās" terapijas zāles (gēnu terapiju, somatisko šūnu terapiju, audu inženierijas produktus).

Biofarmaceitisko līdzekļu atšķirība no "tradicionālām" zālēm

Praktiski visi biozāļu iegūšanas un lietošanas aspekti atšķiras no "tradicionālām" zālēm, kas vairākumā gadījumu ir mazas, ķīmiskā sintēzē iegūtas molekulas, tāpēc biozāļu produkta un aktīvās vielas avots, identificēšanas, uzbūves, sastāva un ražošanas metodes un aprīkojums, patentaizsardzība, zāļu forma, dozēšana, normatīvais regulējums un izplatīšana pēc definīcijas atšķiras no "tradicionālām" zālēm.

"Tradicionālo" zāļu molekulas sastāv no salīdzinoši nedaudziem atomiem, un to struktūru parasti var attēlot ar struktūrshēmām, kurās norādīta molekulu veidojošo atomu savstarpējā saistība. Šo zāļu iegūšana ir stabili reproducējama, izmantojot standartizētus ķīmiskos procesus, turklāt ražošanas procesā tiek izmantoti apstākļi un materiāli (piemēram, termiska apstrāde un šķīdinātāji), kuru ietekmē iet bojā vairākums mikroorganismu un tiek deaktivētas bioloģiskās molekulas. Lielāko daļu zāļu iegūst no ķīmiskām izejvielām, arī virkne dabisko produktu (piemēram, penicilīns vai digoksīns) tiek iegūti ķīmiski (piemēram, ekstrahēti no nedzīva bioloģiskā materiāla). Aktīvo vielu un medikamentu tīrība un sastāvs parasti ir viegli analizējams un pierādāms. Zāles un ķīmiskās vielas ar augstu tīrību, arī zāles, ko veido vairāki izomēri un salikti dabiski produkti, praktiskā izmantojumā uzskatāmas par līdzīgām vai pat identiskām (arī savstarpējai terapeitiskai aizstāšanai patentbrīvo medikamentu kontekstā).

Savukārt biozāļu molekulas ir daudz lielākas un sarežģītākas, to attēlošana atomu līmeni ir sarežģītāka. Salīdzinot ar "tradicionālajām" zālēm, biozāles veidotas no daudz lielāka atomu skaita, to molekulmasa caurmērā ir vairākus desmitus vai pat simtus reižu lielāka. Turklāt biozālēm raksturīgi daudzi uzbūves sarežģītības papildu līmeņi (piemēram, polimēru ķēžu veidošana ar mainīgu un atšķirīgu telpisko uzbūvi un ķīmiskām modifikācijām). Vairākums biozāļu ir proteīni vai citi biopolimēri, ko veido desmiti, simti un tūkstoši ķīmisku apakšvienību jeb monomēru (piemēram, aminoskābes vai nukleotīdi), un katra apakšvienība ir iespējamas strukturālas mainības vieta. Biozālēm to bioloģiskā avota un ražošanas metožu dēļ raksturīga mainība, nejaušība un komplicētība, un pat dažādās ražotnēs iegūtas biozāles, kas nav atšķiramas ar parasti izmantotajām analītiskajām metodēm, var atšķirties pēc to efektivitātes un drošuma īpašībām (piemēram, imūnģenētikas), un tas ir galvenais sarežģījums patentbrīvo biozāļu normatīvajā regulējumā (biolīdzīgās zāles jeb biosimilāri).

Atšķirībā no "tradicionālajām zālēm" ražošanas metode var ietekmēt ļoti daudzas biozāļu uzbūves, funkcionālās, ar drošumu un efektivitāti saistītās īpašības - telpisko konformāciju, polimēru ķēžu lielumu un "salocīšanos", multimēru vai kompleksu veidošanos, oksidācijas pakāpi, molekulu pašagregāciju, disulfīdsaišu veidošanos vienā ķēdē vai starp vairākām polimēru ķēdēm, dažādu polisaharīdu sānķēžu piesaistīšanos (glikozēšanu) un citas pēctranslācijas modifikācijas.

Biozāļu ražošanas metodes, aprīkojums, analītiskie testi un nepieciešamā infrastruktūra (lielākoties sarežģītāka un dārgāka) ievērojami atšķiras no "tradicionālo" zāļu vai ķīmiskās rūpniecības. Biozāles parasti jāiegūst aseptiskos apstākļos, galaprodukts nedrīkst saturēt bioloģisku piesārņojumu vai producenta DNS, RNS, proteīnus un šūnu atliekas.

Biozāļu un "tradicionālo" zāļu atšķirības atspoguļojas arī industrijas organizācijā, parasti uzņēmumos, kas saistīti ar šo produktu atklāšanu, izstrādi un izplatīšanu. Salīdzinot ar tradicionālo farmaceitisko industriju, biozāļu uzņēmumu darbinieki atšķiras izglītības, apmācības un kompetences ziņā, produkti ir dārgāki, investīcijas dažādu veidu ražošanas telpās ir lielākas un produktu tirgvedības iezīmju ir vairāk. Mūsdienās robeža starp biozāļu un farmaceitiskiem uzņēmumiem aizvien vairāk izplūst, jo abu veidu veiksmīgie uzņēmumi dažādojas, taču produkti, tehnoloģijas un industrijas identitāte vēl arvien atšķiras.

Biofarmaceitisko līdzekļu priekšrocības

Biomedicīniskā izpētē jau kopš XX gadsimta pirmās puses atklāti dabiskie proteīni, ko var izmantot dažādu slimību ārstēšanai, piemēram, insulīns un citi proteīnu hormoni to trūkuma kompensēšanai, interferoni un interleikīni imūnreakcijas un iekaisuma regulēšanai, asinsrades augšanas faktori, kas veicina noteiktu veidu asins šūnu veidošanos. Lai arī šo molekulu farmaceitiskais potenciāls tika atzīts un novērtēts, plašāku to izmantojumu medicīnā lielākoties ierobežoja fakts, ka dabiski tās veidojas nelielā daudzumā. Rekombinantās DNS tehnoloģijas (gēnu inženierijas) un monoklonālo antivielu tehnoloģijas (hibridomu tehnoloģijas) attīstība šos šķēršļus ļāva pārvarēt un iezīmēja jaunu laikmetu farmaceitiskajās zinātnēs.

Rekombinantās DNS tehnoloģija ļāvusi pārvarēt daudzus šķēršļus farmaceitiski nozīmīgu proteīnu iegūšanā rūpnieciskā apjomā:

  • tā pārvar produkta pieejamības problēmu. Daudzi terapeitiski potenciāli proteīni dabiski organismā veidojas niecīgā daudzumā, piemēram, interferoni, interleikīni un kolonijstimulējošie faktori (KSF). Tāpēc tieša šo proteīnu ekstrakcija no dabiskā materiāla pietiekamā daudzumā, kas nodrošinātu klīniskās prasības, nebija praktiska. Rekombinantā ražošana jebkuru proteīnu ļauj iegūt nepieciešamajā daudzumā;
  • tā pārvar ar zāļu drošumu saistītās problēmas. Tieša produkta ekstrakcija no dabiska bioloģiskā izejmateriāla agrāk ļāvusi neapzināti pārnest slimības, piemēram, B un Chepatīta vai HIV infekcijas pārnese ar inficētiem asins produktiem vai prionu (Kreicfelda-Jakoba) slimības pārnese personām, kam ievadīts no cilvēka hipofīzes izdalīts cilvēka augšanas hormons (AH);
  • tā ir alternatīva tiešai ekstrakcijai no neatbilstīga, nepiemērota vai potenciāli bīstama izejmateriāla. Vairāki terapeitiskie proteīni tradicionāli tiek ekstrahēti no cilvēka urīna, piemēram, folikulstimulējošais hormons (FSH) iegūts no postmenopauzālu sieviešu urīna, bet tam radniecīgais cilvēka horiongonadotrofīns (hCG) - no grūtnieču urīna. Urīns nav īpaši vēlams farmaceitisko produktu izejmateriāls. Lai arī daži no šā izejmateriāla iegūtie produkti vēl arvien ir tirgū, tagad reģistrētas arī rekombinantas to formas;
  • proteīnu inženierijas metodes ļauj iegūt terapeitiskus proteīnus ar dažām klīniskām priekšrocībām, salīdzinot ar dabisku proteīnu produktu. Dažas gēnu inženierijas metodes, piemēram, site directed mutaģenēze, ļauj veikt iepriekš noteiktas izmaiņas proteīna aminoskābju secībā. Šādas izmaiņas var būt niecīgas, piemēram, viena aminoskābju atlikuma ievietošana, delēcija vai maiņa, taču tās var būt arī daudz plašākas, piemēram, vesela proteīna domēna maiņa/delēcija vai jauna hibrīda proteīna izveide. Tātad proteīnu inženierijas metožu izmantojums ļauj iegūt jaunus - uzlabotus - produktus, kuru īpašības atšķiras no dabiskā proteīna (skat. 1. tabulu).
    Daži ar proteīnu inženierijas palīdzību iegūti līdzekļi vai to grupas Daži ar proteīnu inženierijas palīdzību iegūti līdzekļi vai to grupas
    1. tabula
    Daži ar proteīnu inženierijas palīdzību iegūti līdzekļi vai to grupas

Biozāles tiek iegūtas galvenokārt ar rekombinantās DNS (rDNS) jeb gēnu inženierijas vai hibridomu tehnoloģijas palīdzību. rDNS tehnoloģija izmanto šūnu dabiskos ģenētiskos procesus cilvēka proteīnu iegūšanai. Tā nozīmē vēlamo proteīnu kodējošā gēna izolēšanu, tā "ievietošanu" plazmīdas vai vīrusa vektorā un producenta šūnas transfekciju ar rekombinanto ģenētisko materiālu. Producenta šūna tiek audzēta piemērotā kultūrā, nepieciešamo proteīnu iegūstot lielā daudzumā.

Monoklonālo antivielu iegūšanai pele tiek imunizēta ar antigēnu, kuram ir trīs antigēniskie noteicošie faktori jeb epitopi (atšķirīgi centri, ko spēj atpazīt antiviela). Liesā veidojas antivielas pret katru epitopu, un viena liesas šūna veido tikai viena veida antivielas. Liesas šūnai ir galīgs mūža ilgums, un in vitro to nav iespējams kultivēt bezgalīgi ilgi. Liesas šūnas izdala antivielas asinīs, tāpēc serums satur dažādu antivielu maisījumu, kas reaģē pret visiem trim antigēna centriem (antiserums). No peles mielomas audzēja iegūta antivielas veidojoša mutanta šūna, kas pārtraukusi antivielu sekrēciju un ir jutīga pret aminopterīnu (savienojumu HAT barotnē), toties in vitro ir "nemirstīga", taču iet bojā HAT barotnē. Mutantā mielomas šūna ar ķīmisku metožu palīdzību tiek "saplūdināta" jeb hibridizēta ar imunizētas peles liesas šūnām. Iegūtās hibridizētās šūnas in vitro spēj augt bezgalīgi (mielomas šūnas īpašība), turklāt HAT barotnē (lielas šūnas enzīms padara nejutīgu pret aminopterīnu). Nehibridizētās mielomas šūnas iet bojā, jo ir jutīgas pret HAT, savukārt nehibridizētās liesas šūnas nespēj in vitro dalīties bezgalīgi. Hibrīdās šūnas tiek klonētas, no katras hibrīdās šūnas tiek iegūta atsevišķa šūnu kultūra. Katrs klons rada viena veida antivielu, jo ir iegūts no vienas liesas šūnas. No šādām kultūrām izolētās monoklonālās antivielas ir ar specifisku darbību pret vienu no sākotnējā antigēna epitopiem.

Biofarmaceitisko zāļu statuss un perspektīvas

Aptuveni vienas no četrām zālēm, kas pašlaik tiek reģistrētas klīniskai lietošanai, ir biozāles. ASV un ES kopā pašlaik reģistrēti vairāk nekā 200 biofarmaceitiskie produkti. Kopumā tie veido pasaules biozāļu tirgu aptuveni 106 miljardu ASV dolāru vērtībā 2010. gadā, tiek lēsts, ka 2015. gadā tirgus vērtība pārsniegs 167 miljardus ASV dolāru. Galvenās biozāļu terapeitiskās grupas ir rekombinantie asins faktori un citi asins produkti, rekombinantie trombolītiskie līdzekļi un antikoagulanti, rekombinantie hormoni un to atvasinājumi, rekombinantie augšanas faktori, rekombinantie interferoni un interleikīni, rekombinantās vakcīnas, monoklonālās antivielas, citi rekombinantie produkti un biozāles (kaula rekombinantie morfoģenētiskie proteīni, rekombinantie enzīmi, nukleīnskābju produkti, dažādi hibrīdie proteīni). Biozāļu daudzveidība raksturota 2. tabulā.

ASV un Eiropā reģistrēto biozāļu galvenās grupas un daži piemēri (norādīta tikai pirmā indikācija) ASV un Eiropā reģistrēto biozāļu galvenās grupas un daži piemēri (norādīta tikai pirmā indikācija)
2. tabula
ASV un Eiropā reģistrēto biozāļu galvenās grupas un daži piemēri (norādīta tikai pirmā indikācija)

Literatūra

  1. Walsh G. Pharmaceutical biotechnology: Concepts and applications. Chichester: John Wiley & Sons Ltd., 2007.
  2. Crommelin DJA, Sindelar RD, Meibohm B (eds). Pharmaceutical biotechnology: fundamentals and applications. 3rd ed. London, Informa UK Ltd, 2007.
  3. Cox Gad, Shayne. (ed). Handbook of pharmaceutical biotechnology. Hoboken, John Wiley & Sons, 2007.
  4. Walsh G. Biopharmaceutical benchmarks 2010. Nature Biotechnology, 2010; 28(9): 917-924.
  5. Rader R.A. (Re)defining biopharmaceutical. Nature Biotechnology, 2008; 26(7): 743-751.