CC BY
128
© Селезенев Н.Г., Леонидов Н.Б., 2004 УДК 615.014
СОЗДАНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ МОЛЕКУЛЯРНО-СТРУКТУРНОГО ДИЗАЙНА
Н.Г. Селезенев, Н.Б. Леонидов
Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова,
Научный центр проблем полиморфизма, г. Москва
В работе изложены пути создания лекарственных средств нового поколения на основе технологий молекулярно-структурного дизайна. Показана перспективность применения технологий конформационного полиморфизма в разработке высокоэффективных патентнозащищенных лекарственных средств.
Современная фармацевтическая промышленность находится под постоянным прессингом необходимости непрерывно создавать новые и, желательно, все более эффективные лекарственные средства при сокращении сроков и стоимости проведения НИОКР, до введения нового препарата на рынок.
Длительный срок создания препарата (7-15 лет), постоянное повышение расходов на НИОКР (для западных компаний от 300 млн. до 1 млрд. долл. США) при уменьшении "срока жизни" лекарственных средств - все это приводит к чрезвычайно высокой конкуренции на фармацевтическом рынке. Из 10 тыс. синтезированных веществ только одна субстанция выходит на рынок и только 3 из 10 новых лекарственных средств окупают расходы и приносят прибыль [18]. Несмотря на использование революционных технологий - геномики, комбинаторной химии, высокопроизводительного скрининга, стерео-специфического биокатализа и энан-тиомерного синтеза - в создании лекарственных субстанций их количество и скорость введения на рынок с каждым
годом уменьшается. Так, в 1998 г. на мировой рынок было введено всего 35 новых веществ. В 2000 г. FDA выдано разрешение на 27 новых субстанций, из которых только 9 были идентифицированы как клинически значимые.
Сложившаяся ситуация показывает, что сами высокие технологии, приме -няемые для получения лекарственных веществ, не гарантируют результативность НИОКР. Прежде всего, это связано с тем, что технологии, применяемые на завершающих стадиях химического или биотехнологического синтеза лекарственного вещества без изменения его хиральности (кристаллизация и/или рекристаллизация, сушка), а также для получения необходимых лекарственных форм, остаются практически на прежнем уровне. Фармацевтической промышленности, как никогда, для плодотворного выживания необходимы новые высокорезультативные технологии существенного повышения эффективности как самих субстанций, так и их лекарственных форм.
Современная биофармация показывает, что такие технологии должны це-
ленаправленно модифицировать молекулярную структуру (молекулярный дизайн) лекарственной субстанции и максимально сохранять улучшенные свойства в оптимизированной лекарственной форме. Не рассматривая стерео-селективные методы, одним из наиболее перспективных направлений направленного повышения эффективности лекарственного средства стало применение разнообразных нанотехнологий, позволяющих получать лекарственные вещества в виде наночастиц. Под термином "нанотехнология" понимают создание и использование материалов, устройств и систем, структура которых регулируется в нанометровом масштабе (10-9 г 10-7 м), т.е. в размере молекул и надмолекулярных образований. Такие наночастицы характеризуются, как правило, новыми физическими, химическими и биологическими свойствами и связанными с ними явлениями [12]. Все природные материалы и системы построены из нанообъектов. Именно в интервале наноразмеров, на молекулярном уровне, природа "программирует" основные характеристики веществ, явлений и процессов. Нанотехнологический подход означает такое же, но целенаправленное регулирование свойств вещества на молекулярном уровне, определяющем необходимые параметры. Управляя размерами и формой наночастиц, такому веществу можно придавать совершенно новые функциональные характеристики, резко отличающиеся от характеристик обычного вещества.
Так, фирма Aphios ^ф. в 2000 г. получила патент США на технологию получения в сверхкритических условиях белковых наночастиц размером 0,5-5 мкм, которые можно использовать в системах доставки лекарственных веществ. При этом белки сохраняют свою
биологическую активность и структурную целостность. Эта же фирма использовала данную технологию для получения ряда противоопухолевых и некоторых других лекарственных веществ в виде наночастиц [14].
Появились работы по получению и исследованию наночастиц, которые способны длительное время находиться в кровотоке. Это позволяет доставлять активные лекарственные вещества к заданной мишени без быстрого элиминирования мононуклеарной фагоцитарной системой. Выявлено, что наибольшим потенциалом обладают биодегра-дируемые наночастицы, имеющие на своей поверхности цепочки полиэтиле-ноксида (ПЭО). Покрытые ПЭО наночастицы получали посредством физической адсорбции ПЭО на частицы непосредственно из сополимеров ПЭО и биодеградируемых полимеров, таких как полимолочная кислота [15].
Фирма SangStat разработала и в 1998 г. ввела на рынок США жидкую пероральную форму полипептидного иммуносупрессора циклоспорина (препарат SangCya), состоящего из наночастиц. Эти наночастицы показали повышенную абсорбционную способность по сравнению с известной жидкой лекарственной формой циклоспорина (препарат Neoral фирмы Novartis) [22].
Нами на примере ряда лекарственных веществ, в том числе стрептоцида, был разработан способ получения лекарственных порошков в виде наночастиц с дисперсностью выше 0,1 мкм [13]. Полученный стрептоцид в виде частиц размером 0,01-0,1 мкм показал не только значительное повышение скорости растворения (в 362,5 раза), но и растворимости - почти в 1,5 раза. Cmax в организме повысилась в 1,8 раза, биодоступность - более чем в 2 раза при
понижении Tmax с 2 до 1 ч.
На основе наночастиц стрептоцида был разработан состав для наружного применения, который показал высокую клиническую эффективность при лечении труднозаживаемых гнойных ран различных нозологических форм [10].
Другим важнейшим технологическим резервом повышения эффективности лекарственных веществ являются технологии полиморфного модифицирования. Обычно под полиморфизмом вещества понимают его способность существовать в двух или более кристаллических фазах (модификациях), которые имеют различную структуру. Эти структуры отличаются физическими, в том числе термодинамическими, механическими и спектральными характеристиками. Часто эти характеристики обусловливают значительные изменения биофармацевтических параметров растворения и абсорбции in vitro и in vivo, стабильности и свойств лекарственных форм. В настоящее время влияние полиморфизма на твердотельные характеристики лекарственных средств общеизвестно [17]. Контроль полиморфного состояния лекарственных средств законодательно закреплен в США, Великобритании, Японии.
В 1998 г. Abbot Laboratories (США) была вынуждена прекратить по требованию FDA промышленное производство ритонавира (нового средства против ВИЧ-инфекции) из-за неожиданного проявления в препарате новой полиморфной модификации, отличающейся от опытно-промышленного продукта характеристиками растворения и абсорбции.
Особая значимость полиморфизма для фармацевтической промышленности состоит в технологической непредсказуемости этого явления и, как след-
ствие, возможности патентной защиты отдельных модификаций как отдельных химических веществ.
Так, 01ахо^е11соше получила и запатентовала Форму II популярного противоязвенного вещества ранитидина (Зантак), которую ввела в 1997 г. на рынок США после окончания действия патента на сам ранитидин. Продление патентной защиты Зантака принесло компании дополнительную прибыль в размере более 1 млрд. долл. США в год.
Интерес к получению, изучению и фармацевтическому применению полиморфных модификаций лекарственных веществ непрерывно возрастает. В США выдано более 300 патентов на отдельные кристаллические формы, которые получаются разными технологическими методами [11].
Для фармацевтической технологии, как правило, наиболее важны стабильные полиморфные модификации. Мета-стабильные кристаллы, обладая повышенной энергетикой, лучше растворяются и всасываются, но, имея небольшое время жизни, приводят к неконтролируемому изменению потребительских свойств и ухудшению качества препаратов. Обычно их образование при разработке и производстве лекарственных форм нежелательно.
Возможность повышения эффективности лекарственного вещества путем дополнительной кинетической стабилизации метастабильной модификации была детально изучена и подтверждена исследователями Манчестерского университета [16]. Было показано, что время жизни метастабильной фазы можно существенно увеличить при добавлении специальных химических добавок или присутствием побочных продуктов реакций химического синтеза вещества при его кристаллизации. Идея
технологии основана на представлении, что каждая модификация обладает уникальной нуклеацией (зародышеобразо-ванием) и ростом кристаллов, а также, что путем селективного замедления процесса нуклеации и фазы стабильного роста можно воздействовать на кинетику процесса кристаллизации, повысив физическую устойчивость метастабиль-ной структуры. Например, добавляя тримезиновую кислоту в количестве
0,1 моль%, была получена метастабиль-ная а-модификация Ь-глютаминовой кислоты, устойчивая в течение 3 недель.
Если разные полиморфные модификации одного и того же вещества образованы одинаковыми конформерами и отличаются только способом их упаковки в кристалле, то после растворения и абсорбции они биоэквивалентны. Однако в молекулярной фармакологии считается доказанным, что при взаимодействии лекарственного вещества с рецептором активность вещества определяется не только и не столько структурой стабильного (равновесного) кон-формера, сколько структурой и энергетикой молекулы в неравновесной конформации [1].
Принципиальная возможность существования разных, как минимум, двух конформеров одного и того лекарственного вещества с практически значимым временем жизни указывает на вероятность того же, что один из них может обладать более ценными био-фармацевтическими и клиническими свойствами: повышенной специфической активностью, пониженным уровнем токсичности и/или побочных эффектов, новыми фармакологическими свойствами и улучшенными фармако-технологическими характеристиками.
Эти представления позволили нам предположить возможность качествен-
ного повышения эффективности лекарственного вещества путем получения его метастабильной полиморфной модификации, состоящей из неравновесных конформеров при условии кинетической стабилизации, необходимой и достаточной для практического применения [21].
Эта технологическая задача была нами решена без добавления каких-либо химических примесей с использованием механизмов супрамолекулярной химии. Были получены физически устойчивые метастабильные модификации ряда лекарственных веществ в виде наночастиц с размером менее 0,1 мкм [19].
Эти модификации показали существенное улучшение не только биофар-мацевтических характеристик in vitro и in vivo в твердой фазе, но и изменение свойств в растворе, в частности, существенное повышение трансмембранной проницаемости [6].
Так, полученная нами у-модифика-ция стрептоцида (Гаммасульфам®) при стабильности более 10 лет показала не только снижение острой токсичности на 54,4%, но и снижение метаболизма препарата в крови (табл. 1), приводящее к повышению концентрации свободного (неацетилированного) сульфаниламида и, тем самым, к повышению антимикробной активности препарата.
Более того, было обнаружено, что гаммасульфам в отличие от фармакопейного стрептоцида является высокоактивным индуктором естественного интерферона [7, 20].
Характеристики гаммасульфама позволили не только существенно повысить эффективность известных лекарственных форм стрептоцида, но и создать принципиально новые, Так, были разработаны ректальные противо-микробные свечи, обладающие высокой
биодоступностью при полном отсутствии побочного раздражающего действия [6]. Для внутримышечного введения была разработана инъекционная форма гаммасульфама в виде нерасслаиваю-щейся устойчивой суспензии с повышенной биодоступностью, позволяющей значительно сократить сроки лече-
ния бактериальных инфекций и практически исключить побочные явления [3].
Чрезвычайно перспективной оказалась разработка технологий конформа-ционного полиморфизма замещенных пиримидинов, в частности, аналогов урацила и нуклеозидов.
Таблица 1
Временная зависимость интенсивности метаболизма фармакопейного стрептоцида (а-модификация) и гаммасульфама (у-модификация) в крови кроликов при перо-ральном введении препаратов в дозе 100 мг/кг веса животного
Образец стрептоцида Метрологические характеристики Время, ч
0,5 1 2 4 6
Фармакопейный 45,8* 40,54* 40,75 44,6 48,27
(а-модификация) 82 7,38 9,65 9,06 12,12 12,49
Sx 1,75 2,29 2,16 2,88 2,97
Гаммасульфам 32,19* 31,70* 46,20 53,46 61,63
(у-модификация) 82 7,12 8,50 13,60 12,60 14,07
Sx 1,69 2,02 3,24 3,0 3,35
Ъз,05 5,67 2,9 1,0 2,15 3,03
Примечание: * - статически достоверное различие при р<0,05.
Нами была получена новая физически устойчивая метастабильная Р-модификация 6-метилурацила (Бета-мецил®) [18], показавшая по сравнению с фармакопейным метилурацилом при снижении острой токсичности на 64,4% значительное увеличение активности ферментов, участвующих в процессах пролиферации и репарации клеток, снижение количества дефектов вторичной структуры и уровня метилирования ДНК. Значительное преимущество бе-тамецила перед метилурацилом обнаружено также при их влиянии на состав липидов, содержания продуктов ПОЛ и
количества липидорастворимых свободных радикалов, а также на активность лизосомальных ферментов (в тканях кожи) [6, 8, 19]. Эти свойства бета-мецила позволили нам разработать такие его высокоэффективные лекарственные формы противовоспалительного, противоожогового и репаративного действия, как глазная мазь 2% [2, 8], суспензия [4] и линимент [5].
Бетамецил и его глазная мазь прошли все необходимые испытания и разрешены Минздравом России к широко -му медицинскому применению.
Таким образом, полученные моди-
фикации известных лекарственных веществ, разработанные по технологиям конформационного полиморфизма,
"сильная" патентная защита этих модификаций и их лекарственных форм с успешным внедрением в медицинскую практику, позволили нам обосновать концепцию создания лекарств нового поколения, основанную на замене дженериков оригинальными патентнозащищенными полиморфными модификациями [9].
ЛИТЕРАТУРА
1. Дашевский В.Г. // Хим.-фарм. журн. -1981. - Т.15, №6. - С. 21-34.
2. Леонидов Н.Б., Колесникова М.А., Се-лезенев Н.Г. и др. // Офтальмол. журн. -1990. - №6. - С. 344-347.
3. Леонидов Н.Б., Селезенев Н.Г. // Пат. РФ № 2061472. - 1993.
4. Леонидов Н.Б., Селезенев Н.Г. // Пат. РФ № 2007998. - 1992.
5. Леонидов Н.Б., Селезенев Н.Г. // Пат. РФ № 2007997. - 1992.
6. Леонидов Н.Б., Селезенев Н.Г., Успенская С.И. // Рос. хим. журн. - 1997. -Т.41, №5. - С. 49-52.
7. Леонидов Н.Б., Селезенев Н.Г., Успенская С.И. и др. // Пат. РФ № 2061476. -1993.
8. Леонидов Н.Б., Селезенев Н.Г., Фити-лев С. Б. и др. // Достижения современной фармацевтической науки и практики на рубеже XXI века. - Курск, 1997. -С. 202-204.
9. Леонидов Н.Б., Успенская С.И., Селезенев Н.Г. и др. // Тез. докл. 2-го Рос. нац. конгр. "Человек и лекарство". - М.,
1995. - С. 17.
10. Леонидов Н.Б., Селезенев Н.Г., Швальб П.Г. и др. // Пат. РФ № 1833546. - 1986.
11. Леонидов Н.Б., Шабатин В.П., Пер-шин В.И. и др. // Рос. хим. журн. - 1997.
- Т.41, №5. - С. 37-40.
12. Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса, П. Аливисатаса. - М., 2002. - С. 15.
13. Селезенев Н.Г., Леонидов Н.Б. // Материалы 5-го Всерос. съезда фармацевтов.
- Казань, 1986. - С. 353-354.
14. Химико-фармацевтическое производство за рубежом. - 2001. - Вып.8. - С. 19.
15. Химико-фармацевтическое производство за рубежом. - 2001. - Вып.3. - С. 2122.
16. Blagden N., Davey R. // Chemistry in Britain. - 1999. - Vol.35, N3. - P. 44-47.
17. Brittain H.G., Fiese T.F. // Polymorphism in Pharmacentical Solids / Ed. Brittain N.G. - N.Y.; Basel, 1999. - P. 331361.
18. Cueni T.B. // Chimia. - 2000. - Vol.54, N.5. - P. 318-320.
19. Leonidov N.B., Selezenev N.G. // USPat. N 5.543.147. - 1996.
20. Leonidov N.B., Selezenev N.G. // USPat. N 5.510.387. - 1996.
21. Leonidov N.B., Selezenev N.G., Fiti-lev S.B et al. // Eur. J. Pharm. Biopharm. -
1996. - Vol.42 (Suppl.). - P. 56S.
22. Scrip. - 1998. - N. 2385. - P. 15.
THE CREATION OF NEW GENERATION MEDICINES BASED ON MOLECULE-STRUCTURAL
DESIGN TECHNOLOGY
N.G. Selezenev, N.B. Leonidov
In the given work there are different means of creating of new generation medicines based on molecule-structural design technology are stated. There is also the availability of conformational polymorphism technology in high-performance patented medicines development is regarded.
