Семь трендов ветеринарной фармакологии
Автор: Александр Акулиничев
Сельское хозяйство переживает в начале XXI века самый впечатляющий технологический подъем как минимум с момента массового внедрения тракторов и комбайнов. И если в растениеводстве прогресс связан в первую очередь с достижениями машиностроения и компьютерных технологий, то развитие животноводства подталкивается новейшими разработками в области биологии, химии и нейрофизиологии.
Как в ближайшее десятилетие изменится ветеринарная фармакология? В каком направлении будут развиваться наука и практика? К чему готовиться фермерам-животноводам уже сегодня, начиная мониторить самые передовые технологии? «Рынок АПК» выделяет семь ключевых трендов этой специфической отрасли и коротко объясняет их суть.
Продвижение в компьютерных технологиях
Фермы без компьютера и сегодня-то кажутся артефактом далекого прошлого, а через 10 лет и вовсе исчезнут как вид. Компьютерные технологии уже серьезно изменили ветеринарную фармакологию и животноводство, и дело не только в скорости работы процессором, объема обработки данных или интеграции различных систем в единую. Банально, даже тот факт, что софт становится унифицированным, переносимым с одного устройства на другое, серьезное ускоряет разработку и апробацию новых препаратов — а единые открытые базы данных по отдельным лекарствам (по крайней мере, на Западе) облегчают обмен информацией между исследователями.
Со временем программное обеспечение становится все более «дружелюбным» и понятным обывателю без продвинутых компьютерных навыков. Благодаря этому все больше исследователей в области ветеринарной фармакологии получают возможность заниматься своим делом с помощью современных технических средств — и моментально делать свои наработки доступными для остальных коллег. Осталось только снять неизбежный языковой барьер, но подвижки есть и в этом русле: искусственный интеллект в обозримой перспективе будет автоматически переводить все научные публикации планеты на все языки, и, вероятно, уже это даст ветеринарной фармакологии толчок для развития, несопоставимый ни с одним из предыдущих.
Тесты на «виртуальных животных»
Главное достижение последних лет, связанное с развитием и все большим проникновением компьютерных технологий, — углубившееся понимание процессов ADME: по-английски, «absorption, distribution, metabolism, excretion» (всасывание, распределение, метаболизм, выделение). Эти процессы описывают восприятие каждого фармакологического препарата организмом животного, и сегодня их механизмы ясны исследователям намного лучше, чем еще 20 лет назад, — а значит, и скорость тестирования и внедрения новых препаратов в практику возрастает: многие этапы апробации, которые раньше необходимо было провести «вживую», теперь моделируются.
Моделирование только-только начинает по-настоящему бурно развиваться, но в короткой перспективе ученые-фармакологи получат возможность создавать полноценное «виртуальное животное», на котором будут тестироваться препараты. Пока что такие модели довольно примитивны, но уже очевиден их потенциал для феноменальных продвижений в области компаративной (сравнительной) фармакологии и токсикологии — результатом которых станет появление сверхузкоспециализированных лекарственных препаратов с гораздо более высокой безопасностью для животного, нежели доступная сейчас.
Статистика на основе «больших данных»
В начале 2000-х годов в фармакологии развивается такое направление, как популяционная фармакокинетика: изучая ADME, оно выявляет, как и чем отдельные особи популяции отличаются друг от друга. Чем больше данных может собрать и систематизировать исследователь с помощью компьютера, тем более «заточенным» под конкретную особь или субпопуляцию окажется разрабатываемый препарат. Рассчитать дозу лекарства с точностью до сотой доли миллиграмма и подобрать наиболее эффективный график внесения препарата именно для животного определенной породы в той географической зоне, где находится ферма, — уже одно это позволит многократно уменьшить падеж скота и свиней, с соответствующими экономическими выгодами.
Уже сегодня некоторые ветеринары используют специальные приложения, работающие на основе анализа «больших данных». Например, приложение LifeLearn Sofie использует сервисы IBM Watson и помогает ветеринарам определить заболевание и схему лечения, самостоятельно и автоматически сканируя коллекции медицинской литературы на основе результатов осмотра. Информация передается приложению на естественном языке через распознавание речи. В ветеринарии использование таких приложений особенно важно, так как пациенты не могут выразить свои симптомы, у ветеринаров часто нет времени на изучение тысяч медицинских книг и журналов, и иногда приходится работать с породами и видами животных, с которыми специалист ранее не сталкивался — в общем, ни один человек не в состоянии удержать в голове весь объем необходимых данных. Приложения делают это за него, и уже сейчас их на рынке немало — правда, в основном это англоязычные образцы.
Нанотехнологии
Слово, бывшее модным в конце 2000-х годов, сегодня слегка подзабыто, но это отнюдь не означает, что сами нанотехнологии прекратили развиваться. К нанотехнологиям относятся любые разработки, связанные с частицами размером менее 100 нанометров, которые обладают в силу своего сверхмалого размера уникальными свойствами, не похожими на свойства привычного нам физического мира. Как они могут быть использованы в ветеринарной фармакологии? Сценарии варьируются от вполне реалистичных (наночастицы транспортируют лекарства к конкретным зараженным и пораженным клеткам) до фантастических (мы научимся собирать новые живые клетки с помощью наночастиц).
Как водится, истинная сфера применения находится где-то между этими двумя крайностями: транспортная функция — далеко не единственная, какая доступна наночастицам: уже сегодня ветеринарной науке под силу создать такие препараты, которые смогут не просто доставить спасительное средство к больной клетке, но и сделать это в оптимальный момент. И хотя создание с нуля новых здоровых клеток нам даже в долгой перспективе доступно не будет, уже сейчас можно применять наночастицы, выступающие в роли сверхчувствительных онкосенсоров — иначе говоря, они могут отслеживать злокачественные новообразования на очень ранних стадиях, препятствуя развитию смертельного заболевания.
Здесь очевидно пересекаются интересы ветеринарной и «человеческой» фармакологии: совершенно ясно, что поначалу подобные технологии будут проверены на животных (прежде всего, свиньях, чьи организмы функционально намного ближе к человеческим, чем, например, коровьи), а затем внедрены в медицинскую практику. То, что вы будете применять на своей ферме в 2025 году, в 2035-м станет повседневностью в крупных клиниках.
Высокопроизводительный скрининг
В среднем на разработку одного лекарства тратится от 1 до 2,5 млрд долларов и около 10–15 лет. Если мы уже знаем белок-мишень и тем более его активный сайт, то для первичного отбора молекул — кандидатов в лекарства можно провести компьютерный виртуальный скрининг или высокопроизводительный экспериментальный скрининг.
При проведении высокопроизводительного скрининга (ВПС) используются роботизированные системы. Они позволяют добавлять сотни тысяч разных исследуемых веществ в лунки панелей со специальным образом подготовленной тестовой системой. Разнообразные детекторы регистрируют сигналы о взаимодействии исследуемого вещества в каждой лунке с белком-мишенью тестовой системы. Применение ВПС позволяет оценивать до 300 000 соединений в день(!), таким образом, для проведения скрининга миллионов веществ потребуется несколько недель.
Обычно в результате скрининга количество тестируемых соединений сокращается на 3–4 порядка. Соединения, для которых в процессе скрининга выявлена активность выше заданного значения, называются прототипами. Однако следует понимать, что такие «удачи» еще очень и очень далеки от конечного лекарства. Лишь те из них, которые сохраняют свою активность в модельных системах и удовлетворяют целому ряду критериев, дают предшественников лекарств, которые используются для дальнейших исследований. Тем не менее, развитие этой технологии в последние два десятка лет позволило существенно ускорить процесс разработки и внедрения новых препаратов — как в ветеринарной фармакологии, так и в медицине.
Контролируемая и таргетированная доставка лекарств
Одна из наиболее многообещающих технологий ближайшего будущего, которую уже называют «медицинским GPS»: система, позволяющая отправить лекарство прямиком к пораженной клетке, пометить ее и начать лечить.
«Речь идет не только о создании новых, более эффективных молекул лекарственных веществ, но и о конструировании специальных матриц для таргетированной доставки лекарств, которые будут одновременно и диагностировать болезнь, и лечить ее путем адресной доставки препарата и направленного воздействия на пораженные органы, ткани, кровеносные сосуды. Такой подход, при котором фармацевтический препарат выполняет функции и средства диагностики, и терапевтического агента, называется тераностикой», — так описывает эту сферу исследований ректор университета ИТМО Владимир Васильев.
Исследования ведутся по всему свету: так, в 2016 году группе ученых из России и Украины удалось создать безвредные наночастицы на основе мочевины и лимонной кислоты, которые при введении в организм человека «подсвечивают» различные органы и ткани. В ходе опытов удалось выяснить, что наноточки легко проникают в клетки, не вызывают раздражения и негативных последствий даже при длительном пребывании внутри.
А в 2018-м в Массачусетском технологическом институте (MIT) придумали датчик, который может быть имплантирован в организм животного (чтобы сделать тоже самое с организмом человека, нужно существенно доработать систему) для точечной диагностики и прицельной доставки лекарств. Команда ученых имплантировала миниатюрный маркер в ткани животных, а для отслеживания его движения использовала беспроводное устройство, отражающее радиосигналы, и специальный алгоритм для точного выявления местоположения маркера.
Фармакогеномика
Не нужно оканчивать медицинский вуз, чтобы понимать: строение организма разных людей различное, а поэтому и лекарства действуют на нас неодинаково. Не нужно и зоотехнического или ветеринарного образования, чтобы догадываться о различном реагировании животных на одни и те же препараты. Уж точно, всякий практик знаком с такой проблемой, что методика вакцинации или лечения, примененная с успехом на одной ферме, оказывается совершенно неэффективной на другой, и дело не в профнепригодности ветеринара.
Фармакогеномика — дисциплина на стыке фармакологии и геномики, призванная разобраться с этой проблемой. Окружающая среда, рацион питания, возраст, порода, особенности содержания, степень стресса — все это влияет на индивидуальный ответ организма животного на лекарства. Все это нужно знать ветеринару. Но четкое понимание связи между генотипом и результатом фармакотерапии — это ключ к созданию персонализированного лечения, обладающего высочайшей эффективностью и безопасностью.
Применительно к медицине человека, фармакогеномика в итоге должна привести науку к созданию персонализированных лекарств. И если в случае с лечением людей цель безусловно оправдывает средства (тем более что стоимость генетических тестов снижается с каждым годом, и уже скоро полная карта генома каждого индивида будет вполне доступной — а то и вовсе превратится в один из обязательных анализов перед обращением к врачу), то в ветеринарии целесообразность настолько глубоких исследований пока вызывает споры. Возможно, на 100% индивидуализированные препараты в ветеринарии появятся тогда, когда генетическое обследование животного станет сверхпростой процедурой, доступной на любой ферме, а до тех пор фармакогеномика будет оставаться все-таки более теоретической дисциплиной, нежели практической.
