Не существует лекарств от вирусов, помогают только антитела. Они не вырабатываются у всех. Существует возможность стимулировать самостоятельное производство антител организмом человека с помощью вакцины. Альтернативный вариант – создание антител в лабораторных условиях и последующее введение их пациенту. Первые российские антитела к SARS-CoV-2 уже разработаны и находятся на этапе доклинических испытаний.
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук получил от Минобрнауки грант в 270 миллионов рублей для проведения доклинических испытаний первой в России разработки нейтрализующих антител к SARS-CoV-2. Ученые рассказали о деталях своих исследований опубликовали в журнале Cell Discovery на сайте научного издательства Nature.
«Нам удалось выделить панель специфических моноклональных антител человека, полученных из В-клеток пациентов, перенесших заболевание. Многие из этих антител продемонстрировали выраженную способность к нейтрализации вируса как в лабораторных условиях, так и в живом организме (в организме сирийского хомяка. — Прим. ред.)», — пояснили авторы публикации, отвечая на вопрос корреспондента Naked Science. Установлено, что отдельные антитела, а также их комбинации, сохраняют активность против циркулирующих на текущий момент вариантов При применении в профилактических или лечебных целях, они способны значительно снижать размножение вируса и препятствовать развитию поражений легких у людей, инфицированных SARS-CoV-2.
Завершение первой фазы доклинических испытаний и получение двух продуцентов антител ожидается в конце 2022 года. Создание спасительных антител к вирусу, который за почти два года пандемии унес жизни миллионов людей по всему миру, планируется осуществить в течение трех лет. Однако за это время возможны существенные изменения: вирус может приобрести новые штаммы, а вакцинация большего числа людей может не только замедлить распространение Covid-19 и снизить смертность, но и препятствовать формированию мутантных вариантов возбудителя.
Неизменным останется лишь одно: Covid-19 продолжит существовать, и нам предстоит научиться справляться с ним, внимательно отслеживая его мутации и потенциальные угрозы. Для этого критически важно развивать собственные инновационные решения и проводить научные исследования, а не полагаться исключительно на приобретение лицензий на зарубежные разработки.
Грант получил полное официальное название — «Технологическая платформа экстренного создания средств профилактики и терапии вирусных инфекций на примере SARS-CoV2-нейтрализующих антител». Разработка началась летом 2020 года, когда ученые из Института молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук создали панель из шести антител, нацеленных на базовые эпитопы коронавируса, и заявили о своих достижениях, надеясь получить финансирование для продолжения работ и последующего выпуска препарата. Зарубежные инвесторы проявили интерес к этой разработке, однако сибирские ученые предпочли, чтобы реализация проекта состоялась в России, и отклонили поступившее предложение.
Антитела уже используют в лечении
Идея использования нейтрализующих антител для лечения заболеваний не является новой. В XX веке уже применялась практика введения пациентам очищенную плазму крови от переболевших при определенных инфекциях, и сегодня этот метод используется в некоторых клиниках для лечения людей, зараженных коронавирусом. Вместе с тем, антитела, обладающие защитной или нейтрализующей функцией, составляют лишь незначительную долю от всего комплекса противовирусных антител, генерируемых иммунной системой. Для эффективной защиты от SARS-CoV-2 концентрация нейтрализующих антител в плазме переболевших пациентов оказывается недостаточной.
В связи с этим, научные исследования сосредоточены на создании нейтрализующих антител, которые представляют собой отдельные молекулы и известны как моноклональные антитела. Проведенные учеными исследования на сирийских хомяках продемонстрировали, что эффективная дозировка варьируется от 1 до 10 миллиграммов на килограмм массы тела. Разработано множество классов антител, способных бороться с воспалительными процессов: в настоящее время некоторые медицинские учреждения применяют их для предотвращения цитокинового шторма у пациентов, госпитализированных с COVID-19. Кроме того, антитела нашли широкое применение в лечении онкологических заболеваний.
Эта терапия получила название таргетной, поскольку лекарственное средство воздействует на определенную цель. Однако антитела, используемые для лечения рака, нацелены на собственные клетки человеческого организма, что делает их, как правило, высокотоксичными и сопровождается рядом побочных эффектов. Это отличает их от противовирусных антител, которые не взаимодействуют с рецепторами внутренних органов человека, а воздействуют исключительно на S-белок вируса. Впрочем, первый этап доклинических испытаний предполагает оценку токсичности препарата, после чего исследователи определят его эффективность при различных дозировках. Более высокая эффективность позволит использовать меньшую дозу, что является важным фактором для инвесторов и производителей.
Более 20 компаний по всему миру ведут разработки нейтрализующих моноклональных антител против Covid-19, и большинство из них уже завершили доклинические исследования. Финансирование на проведение подобных испытаний для научной группы ИМКБ СО РАН было получено лишь в сентябре этого года. В проекте задействованы соисполнители из различных институтов и ведомств, выполняющие отдельные этапы работы: Институт молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта (ИМБ РАН), ООО «Имген+», ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий Федерального медико-биологического агентства России» (ФГБУ ФНКЦ ФМБА РФ), ФГБУ «Государственный научный центр «Институт иммунологии» ФМБА России, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» Минздрава.
В дополнение к доклиническим исследованиям, уже получены данные о противовирусной антител, проект направлен на создание новых антител, способных нейтрализовать различные мутации SARS-CoV-2. На текущий момент только три зарубежные компании вывели свои разработки на стадию клинических испытаний и подтвердили их высокую эффективность: Regeneron, Eli Lilly и Vir Biotechnology. Согласно имеющимся сведениям, применение нейтрализующих антител в первые дни после возникновения симптомов и установления диагноза способно уменьшить вероятность госпитализации и летального исхода на 70-80.
Среди первых, кто получил нейтрализующие антитела к SARS-CoV-2, разработанные компанией Regeneron стал экс-президент США Дональд Трамп, получивший восемь граммов (дозу выбрали с кратным запасом) препарата на ранней стадии заболевания. На поздних стадиях эффективность нейтрализующих антител на порядки ниже, поскольку в организме включаются почти необратимые воспалительные процессы (цитокиновый шторм).
Кому нужны антитела
В идеальных условиях организм человека должен самостоятельно формировать антитела при контакте с вирусом, однако этот механизм не всегда срабатывает своевременно и в необходимом количестве. У вакцинированных людей выработка собственных нейтрализующих антител протекает быстрее и в большем объеме по сравнению с невакцинированными. Тем не менее, есть значительные группы людей, которым вакцинация не рекомендована или не обеспечивает достаточного уровня антител для защиты, в частности, пациенты с ослабленным иммунитетом).
В некоторых ситуациях спасение жизни возможно благодаря введению необходимой дозы антител широкого спектра действия и высокой активности. Для достижения этой цели могут использоваться как одно, так и несколько антител, поскольку разные производители применяют различные стратегии при разработке своих продуктов. Главная задача – чтобы полученный препарат нейтрализовал наибольшее число вирусных частиц, включая все известные мутации.
«По словам руководителя лаборатории ИМКБ СО РАН Александра Таранина, для преодоления проблемы мутационного ускользания целесообразно использовать комбинацию из двух различных антител, или «коктейль» антител, нацеленных на разные участки шиповидного белка вируса. При этом антитела, проявляющие высокую нейтрализующую активность в лабораторных условиях (in vitro), могут оказаться менее эффективными при использовании в живом организме (in vivo), и наоборот, поэтому необходимо провести оценку всех разработанных нами антител и отобрать два наиболее многообещающих для дальнейшей работы».
Маленькие антитела больших животных
Отдельное перспективное направление в создании противовирусных средств на основе моноклональных нейтрализующих антител — использование антител верблюдов, лам и альпака. У представителей семейства верблюжьих могут нарабатываться антитела, которые состоят только из тяжелых цепей иммуноглобулинов (человеческие антитела состоят из двух тяжелых и двух легких цепей). Антигенсвязывающие участки (домены) таких тяжелых цепей называют однодоменными антителами или наноантителами, поскольку они примерно в 10 раз меньше человеческих — их размер составляет от шести до 10 нанометров.
Это обеспечивает им большую подвижность и увеличивает шанс взаимодействия с вирусом: для связывания с шиповым белком S человеческому антителу необходимо правильно сориентироваться, в то время как наноантитела способны быстро окружать его со всех сторон, надежно блокируя. Однако, для того чтобы антитело оставалось в кровотоке и не выводилось почками, ему требуется определенный размер. Для решения этой задачи к наноантителам присоединяют фрагмент структуры человеческих антител, что позволяет гуманизировать их.
Исследования, проведенные на мышах, продемонстрировали эффективность наноантител при их доставке непосредственно в легкие, например, с использованием ингалятора (небулайзера). Однако, этот подход нуждается в дополнительной проверке, так как наноантитела также быстро попадают в кровоток из легких. В рамках данного проекта выполняется работа по созданию высокоэффективных антител, основанных на двух соединенных наноантител: одно из них направлено против вируса, а второе обладает способностью удерживаться на белке легочной слизи.
Наноантитела обладают рядом преимуществ по сравнению с человеческими антителами: их структура позволяет разрабатывать разнообразные терапевтические молекулы. Они также легко поддаются гуманизации – процессу изменения последовательности для придания им свойств, сходных с человеческими антителами. В настоящее время эта технология активно применяется в лабораторных исследованиях, и в будущем может найти применение в производстве терапевтических препаратов.
Гонка на опережение
Разработка новых лекарственных средств, призванных стать не панацеей, но эффективным средством помощи большому количеству людей, требует совместных усилий научных команд по всему миру. Вероятность решения проблемы возрастает пропорционально количеству участвующих специалистов. Среди трех препаратов антител, получивших одобрение для использования в США, обладает наиболее широким спектром нейтрализующего действия Sotrovimab — продукт компании GSK-VIR. Пока только Sotrovimab оказался нечувствительным ко всем известным новым мутациям, включая самый агрессивный «бета» (южноафриканский) вариант с очень высокой летальностью. Нечувствительность антител к штаммам — это сохранение нейтрализующей функции антител, несмотря на изменчивость SARS-CoV-2.
Препарат помог спасти жизни многих пациентов, однако сегодня (спустя год) он присутствует в составе двухвалентного антителосодержащего комплекса, разработанного компанией Regeneron одно оказалось неэффективным против бета-варианта. В коктейле компании Eli Lilly «оба антитела не могут «нейтрализовать» «бету». Это ожидаемый результат при подобных противовирусных мероприятиях. Опыт этой компании демонстрирует, что нельзя ожидать терапевтического эффекта только от одного типа антител, даже если они эффективно подавляют вирус, при наличии появления новых штаммов. Сегодня ученые, работающие над этим направлением, стараются охватить как можно больше вариантов SARS-CoV-2. Сложно создать защиту против мутаций, которых еще нет, но можно подготовить базу для быстрого получения новых антител.
Борьба науки с Covid-19 — это соревнование, где первенство решается скоростью. Кто окажется быстрее: ученые, разрабатывающие широко нейтрализующие и высокоактивные моноклональные антитела и новые вакцины, или вирус, создающий новые варианты мутаций? Государства, не включенные в это соревнование, вынуждены полагаться на закупку импортных лекарственных препаратов, на высокую степень социальной ответственности и дисциплинированности граждан, которые будут своевременно проходить вакцинацию, использовать маски, соблюдать дистанцию, а также на отечественную систему здравоохранения, предназначенную для оказания помощи тем, кто не смог обеспечить собственную защиту.
Разработка вакцины против SARS-CoV-2 произошла беспрецедентно быстро – всего за год, в то время как обычно на создание новых препаратов уходит от трех до пяти лет. Этот прорыв стал возможен благодаря работе нескольких научных групп, которые ранее изучали другие коронавирусы, такие как MERS и SARS-CoV-1. В названии гранта Института молекулярной кибернетики и биофизики Сибирского отделения Российской академии наук присутствует словосочетание «экстренный». Создание лекарств против новых болезней – сложная задача, однако, изучив базовые принципы защитных механизмов, можно сформировать универсальную технологическую платформу для их ускоренной разработки.