• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку

Этот пост добавлен читателем Naked Science в раздел «Сообщество». Узнайте как это сделать по ссылке.

Математическая таблетка: как при помощи математического моделирования ускоряется разработка новых лекарств

Как математики помогают разрабатывать лекарства? Зачем фармкомпаниям нужны программисты и что такое математическое моделирование в фармацевтике?

От атомной бомбы к лекарственным препаратам

Математическое моделирование принято считать молодой наукой, широкое распространение в фармацевтике оно получило сравнительно недавно — лишь в XXI веке. Но поиск научных решений в этой области начался более 50 лет назад. Первая статья на эту тему — «Компьютерная модель действия лекарств» — датирована 1969 годом. Ее автором был Льюис Шайнер, руководивший лабораторией в университете Сан-Франциско. Эта работа была посвящена моделированию варфарина, всем известного антикоагулянта.

Впрочем, отдельные попытки провести расчеты с помощью моделирования предпринимались и раньше. Первые успешные прикладные достижения были связаны с созданием атомной бомбы в конце 40-х годов. В то время вычислительный арсенал лабораторий ограничивался такой техникой, как арифмометры «Феликс» и клавишные машины «Мерседес». Новый импульс применению моделирования дало появление персональных компьютеров спустя 20 лет. 

Следующая ступень развития моделирования в фарме — конец восьмидесятых. Тогда по инициативе FDA (Food and Drug Administration, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, ветеринарии, а также косметическими, табачными и иными изделиями на территории США) был создан центр по экспертной оценке лекарств. К началу двухтысячных FDA всерьез беспокоил вопрос, почему разрабатывается так мало новых препаратов. Произошла фактическая «революция сверху»: для соответствия требованиям регулятора глобальные фармкомпании стали создавать свои департаменты математического моделирования. К 2010 году в компаниях из топ-10 численность таких департаментов доходила до 100 научных сотрудников.  

В России в середине нулевых мы увидели, что существует огромный пласт задач, связанных с анализом фармакокинетики, фармакодинамики, подбором дозировок при разработке лекарств. Мы стали вливаться в это сообщество, а через несколько лет, к 2016–2017 гг., отечественные фармкомпании «Биокад» и «Герофарм» уже приступили к созданию собственных групп обработки данных. Сегодня методы математического моделирования лежат в основе 100% новых препаратов — как оригинальных, так и дженериков. Есть направления, которые вообще немыслимы без матмоделей: 

  • Анестезиология. Ввести точную и правильную дозу препарата при анестезии критически важно. Если его будет слишком мало, пациент проснется на хирургическом столе. Если слишком много, возникает риск, что он не проснется вообще.
  • Иммунология. В этой области ряд ключевых открытий связаны именно с математическим моделированием. У многих лауреатов Нобелевской премии по медицине в команде были очень сильные теоретики. 
  • Онкология. Одно из наиболее ярких практических применений — обоснование дозировок для радиотерапии. Матмоделирование помогло ускоренному выводу на рынок таких лекарств-блокбастеров, как пембролизумаб и осимертиниб. 

Математическая модель таблетки

Как проходит процесс создания новых лекарственных препаратов? Сначала ищут мишень — биомолекулу, потенциально связанную с тем или иным эффектом улучшения симптомов, снижения остроты того или иного заболевания. Следующий этап — поиск вещества, способного связываться с мишенью. Как ни странно, эти этапы занимают сравнительно немного времени: не более полугода из общего — в среднем 12-летнего — цикла разработки лекарства от идеи до вывода на рынок. Оставшееся время уходит на то, чтобы найти эффект действия препарата и доказать его. Именно для этого используются различные методы математического моделирования. Самый простой вопрос. Вы приняли таблетку — и вам стало легче, как математически доказать, что именно от таблетки, а не потому что «само прошло»? Для этого есть определенный математический аппарат: фармакометрическое моделирование. Он позволяет точно вычислить удельный вес каждого фактора в суммарном эффекте от приема лекарства. 

С результатом работы фармакометриков сталкивался каждый, кто хоть раз читал инструкцию по применению лекарства. В ней вы всегда найдете разделы: фармакокинетика, фармакодинамика, дозировка (дозировку, как правило, читают все, даже люди, совсем далекие от фармакологии).  А дальше идут уточнения: пациенты с почечной недостаточностью должны использовать одну дозировку, дети — другую, пожилые — третью. Все эти цифры рассчитываются при помощи математических моделей: данные, которые разработчики препарата получают на всех фазах клинических исследований, собираются в специальное досье. При помощи математических моделей создается максимально информативная инструкция, где каждый пациент сможет найти для себя оптимальную дозировку. 

Экономия средств и времени

Помимо чисто научной составляющей, математические модели открывают широкие возможности по сокращению времени вывода новых препаратов на рынок и снижению расходов на исследования. Именно математические расчеты, в частности, позволяют оптимизировать дизайн клинического исследования – и тогда для получения статистически доказанного эффекта может понадобиться меньше пациентов. Затраты на исследование пропорциональны количеству задействованных в нем пациентов. Следовательно, достижение абсолютно того же и с той же доказательной значимостью результата обойдется гораздо дешевле. 

При помощи отдельных методов моделирования можно заменять излишние исследования. Чтобы зарегистрировать препарат, зачастую необходимо провести большое количество вспомогательных клинических испытаний, например у больных с почечной недостаточностью или принимающих дополнительные лекарства. Вспомогательные испытания могут растянуть клиническую программу на годы. Модель позволяет отказаться от таких долгих исследований, при этом не снижая доказательную ценность выводов и детализацию инструкции по применению. 

Еще один важный момент: математическое моделирование позволяет на ранних этапах отказаться от бесперспективных проектов. Для фармы это очень большая проблема: вы можете долго тестировать препарат на животных, получать замечательные результаты, но препараты провалятся на стадии клинических исследований на пациентах, потому что у людей принципиально другая патология заболевания. Почему новые, оригинальные лекарства стоят так дорого? В стоимость одного препарата, который будет выведен на рынок, закладывается еще и цена негативных исследований для девяти других, до рынка не дошедших после провала в клинических исследованиях.

Отдел кадров

Это архисложный вопрос. Специалистов в нашей области никто не готовит, даже на Западе. Например, одна компания в Англии несколько лет искала в своей стране опытного фармакометрика (безуспешно). Во всем мире есть только две лаборатории с магистерскими программами, которые в какой-то степени можно адаптировать к фармакометрике: одна в университете Упсалы в Швеции, другая в университете Баффало, США.  Мы решили обучать своих ребят самостоятельно и целенаправленно. Сначала старались найти людей среди молодых кандидатов наук в смежных дисциплинах. Затем поняли: чем раньше найдешь молодой талант, чем раньше погрузишь его в правильную научную среду, тем больше шанс вырастить отличного специалиста. Сейчас мы уже проводим учебу на уровне магистрантов и даже бакалавриата — читаем курсы в Сеченовском университете. В сентябре в Университете «Сириус» стартовала полноценная магистерская программа по математическому моделированию с нашим участием. Через два года первый наш магистрант получит диплом.  

При этом я не возьмусь определять, какое образование для нас является профильным: математика или биология, фармацевтика или информатика. Нам важно уметь работать на стыке дисциплин. Это ключ к успеху в любой прикладной области. Даже если вы математический гений, вы все равно никуда не сдвинетесь без понимания биологии процесса и фундаментальных основ фармакологии. Тем не менее это не означает, что требуется два-три разных образования: оно может быть и одно. Но сам человек должен иметь открытый ум и воображение, не замыкаться в каких-то отдельных узких областях, шире смотреть на проблему и уметь вычленять самое важное. 

Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK

Комментарии

Написать комментарий

Вчера, 20:00
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

Вчера, 18:01
Алиса Гаджиева

Авторы нового исследования изучили геномы людей, живших на территории Аварского каганата времен его расцвета, и составили их родословные.

Позавчера, 15:20
Андрей

Экологи из Китая подсчитали, как изменились площади оазисов в мире с 1995 по 2020 год. Исследователи также выяснили, в каком регионе оазисных территорий больше всего, в каком темпе происходят изменения и чем на этих землях занимается человек.

Вчера, 20:00
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

21 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования выявили три фактора, ответственные за так называемый алкогольный блэкаут — распространенное последствие употребления спиртных напитков, когда человек сталкивается с провалами в памяти.

22 апреля
Полина Меньшова

Большему количеству учеников, чем когда-либо, трудно осваивать школьную программу. Это связано с низким уровнем развития рабочей памяти и неумением планировать время, считает педагог Алекс Куигли. В новой книге он дал практические рекомендации для учителей, которые помогут сделать работу в классе более продуктивной.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

Вчера, 20:00
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

[miniorange_social_login]
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно