Персонализированная и трансляционная медицина: новые подходы к лечению

Приводятся сведения о составляющих частях персонализированной медицины (ПМ), молекулярной генетике, фармакогенетике, фармакогенетическом тестировании, биомаркерах, биобанках, микрочипах, центрах ПМ. Рассматриваются роль микроРНК в патологии миокарда и сердечно-сосудистой системы, таргетные препараты, полиморфизм некоторых генов, а также показания к фармакогенетическому тестированию.

Показано участие крупных фармацевтических компаний в развитии ПМ, созданных в России центров ПМ. Обсуждаются персонализированные подходы к лечению в научных учреждениях Беларуси.

Персонализированная и трансляционная медицина являются современным подходом к индивидуализации лечения.

Трансляционная медицина способствует быстрому внедрению научных достижений в сферу практического здравоохранения.

Лозунг лечить не болезнь, а больного человека со всеми его особенностями начал реально внедряться в медицинскую науку и клиническую практику. Это стало возможным в связи с новейшими достижениями молекулярной генетики, фармакогенетики, позволяющими проводить фармакогенетическое тестирование, определять биомаркеры, отражающие молекулярные механизмы патогенеза заболевания у конкретного человека, наметились пути быстрого внедрения научных достижений в практическое здравоохранение.

Первое положение отражает основные составляющие персонализированной медицины (ПМ), второе — трансляционной медицины, рассматривающей вопросы переноса результатов фундаментальных исследований, проведенных в научных лабораториях, в сферу практического здравоохранения.

История ПМ в том виде, в котором она разрабатывается в настоящее время, насчитывает не более 10 лет. Основной принцип ПМ — подбор пациентов к лекарствам, а не подбор лекарства к пациенту, как в традиционной терапии, то есть необходимо отобрать чувствительных к препарату больных с определенными генными изменениями и дать им соответствующий препарат, тогда будет получен практически 100% эффект и ни одна таблетка не пропадет даром. Это значит, что при внедрении такой технологии повышается эффективность, безопасность лечения и сокращаются расходы на здравоохранение. Генные изменения, которые связывают с определенными заболеваниями, именуются разными терминами: точечные мутации, хромосомные перестройки, изменения числа хромосом и т. д. [1].

Одной из задач ПМ является поиск отражающих генные изменения биомаркеров, которыми могут быть белки, ферменты, генетические перестройки и другие субстраты. Проникновение на молекулярный уровень патологии позволяет выяснить тонкие патогенетические механизмы заболевания и понять, что происходит в больной клетке, какие в ней работают механизмы и что может быть мишенью, а также биомаркером заболевания. Значимую роль в качестве биомаркеров в настоящее время играют микроРНК, они являются одними из наиболее специфических субстратов, отражающих состояние кардиомиоцитов и сердечнососудистой системы в целом. Известны микроРНК, которые ассоциируются с развитием фиброза, нарушением ритма, ангиогенеза, сократимости, кардиопротекцией, кондиционированием миокарда, функциональным состоянием эндотелия и др. [2].

Разработка на основе выявленных биомаркеров диагностических тестов, поиск и производство таргетных лекарств являются следующим основным направлением ПМ.
Исследователи, ориентированные на ПМ, работают в трех направлениях: поиск биомаркеров, разработка на их основе диагностических тестов, поиск и производство таргетных лекарств.

Для определения генных изменений применяют метод ПЦР в разных вариантах и секвенирование ДНК.

Важнейшим разделом и основным инструментом ПМ является фармакогенетическое тестирование, в частности клиническая фармакогенетика. Последняя включает в себя клиническую фармакологию и медицинскую генетику. Клиническая фармакология изучает патологические реакции на лекарства, цель медицинской генетики заключается в расшифровке механизмов их возникновения. В целом задача клинической фармакогенетики состоит в изучении клинических и генетических особенностей пациента, влияющих на индивидуальный фармакологический ответ, эффективность и безопасность применения лекарственных средств (ЛС).

Индивидуальные реакции в ответе организма на действие ЛС осуществляются двумя путями: за счет фармакокинетических процессов (всасывание, транспортировка, метаболизм и выведение лекарства или метаболитов) или за счет фармакодинамики лекарств (взаимодействие лекарств с клеточными элементами — система ферментов, белков, рецепторов и других клеточных мишеней). Все эти механизмы, обусловливающие фармакокинетические и фармакодинамические процессы, генетически детерминированы.

Возникновение мутаций в генах, регулирующих эти процессы, приводит к прекращению синтеза соответствующих ферментов или потере их ферментативной активности. Как правило, эти мутации наследуются по аутосомно-рецессивному типу.

Генетические особенности генома пациента, влияющие на фармакологический ответ, представляют собой однонуклеотидные полиморфизмы в генах (замены, вставки, делеции), кодирующих белки, участвующие в фармакокинетике и/или фармакодинамике ЛС. Однонуклеотидные полиморфизмы в том или ином гене, передаваемые из поколения в поколение, могут определять генетический вклад в индивидуальный фармакологический ответ, в частности, развитие неблагоприятной побочной реакции; резистентность или вообще отсутствие эффекта при применении ЛС [3].

В качестве источника ДНК можно использовать кровь больного, соскоб буккального эпителия, слюну, волосы или другие биологические субстанции.

В реальной клинической практике фармакогенетическое тестирование показано в следующих ситуациях:
—    применение ЛС с большим спектром и значительной выраженностью неблагоприятных побочных реакций, как правило, с узким терапевтическим диапазоном, которое используется длительно (часто пожизненно);
—    применение ЛС с большим межиндивидуальным разбросом в эффективности;
—    у пациентов с высоким риском развития неблагоприятных побочных реакций и/или неэффективности лечения, в том числе с наследственным анамнезом по конкретным ЛС [3, 4].

Полиморфизм определенных генов, например CYP2D6, определяет метаболизм 20% известных ЛС в том числе антиаритмических, р-адреноблокаторов. СYP2C19 влияет на метаболизм 8,3% препаратов, включая антидепрессанты, ингибиторы протонного насоса, клопидогрель [5]. Активно участвует в метаболизме ЛС система цитохрома Р-450. Суперсемейство изоформ цитохрома Р-450 происходит из единого гена, который существует более 3 млрд лет. В фармакотерапии будущего существенная роль отводится именно семейству цитохрома Р-450, обеспечивающему первую фазу метаболизма лекарств и включающему 56 дифференциально функционирующих ферментов, каждый из которых кодируется отдельным геном CYP, в их состав входят и вышеприведенные CYP2D6 и CYP2C19 [6].

Упомянутые выше микроРНК можно рассматривать не только в качестве биомаркеров повреждения миокарда и сердечно-сосудистой системы, но и в качестве биорегуляторов при включении механизмов их подавления (антисенс-технологии) или стимуляции с помощью фармакологических агентов [2].

Мутации в генах, кодирующих белки-мишени для ЛС (рецепторы, ферменты, ионные каналы), ведут к изменениям фармакологического ответа. Эти генетические полиморфизмы активно изучают и полученные результаты уже применяют в клинической практике [6].

Однако следует отметить, что судьба большинства лекарств определяется функционированием нескольких взаимодействующих генов и фармакогенетика решает не все проблемы персонализации лекарственной терапии. Анализ ситуации в настоящее время показывает, что предсказательным гено- и фенотипированием может быть обеспечено примерно 15—20% случаев индивидуального подбора лекарств или их доз, что позволит избежать нежелательных лекарственных реакций. Для 15—40% случаев анализ генетического полиморфизма имеет меньшее значение из-за полигенного влияния на исход лекарственного лечения, а для 50% пациентов фармакогенетический подход никак не будет влиять на подбор лекарств, потому что другие физиологические и средовые факторы влияют сильнее, чем наследственные [6, 7].

Даже краткий экскурс в проблему ПМ свидетельствует о том, насколько сложен путь от разработки и получения результатов по ПМ до внедрения их в клиническую практику.

Четко вырисовывается, что в этом процессе, помимо врачей, должны принимать участие генетики, фармакологи, биотехнологи и другие специалисты. Для того чтобы сократить этот путь и приблизить внедрение новейших научных результатов в практику лечащих врачей, развивается новое научное направление, именующееся термином «трансляционная медицина» (ТМ). ТМ решает проблему трансляционных барьеров между учеными и врачами-клиницистами и проблему быстрого внедрения данных, полученных в эксперименте, в клиническую практику [8]. Одним из примеров успешных трансляционных исследований может служить внедрение в практическую медицину кардиомиопротекторных подходов. В настоящее время в различных лабораториях мира, в том числе и Беларуси, в эксперименте убедительно доказана возможность пре-, при- и посткондиционирования ишемизированного миокарда с помощью различного рода воздействий (локальное, дистанционное, фармакологическое, физическое кондиционирование), и важно то, что многие из них уже нашли применение в клинической практике [9]. По словам академика Е. В. Шляхто, это инновационный путь развития медицины, включающий два наиболее очерченных направления: ТМ, нацеленную на преодоление трансляционных барьеров, и ПМ, которая базируется, прежде всего, на молекулярной диагностике, фармакогенетике, фармакогеномике и мониторинге лечения тех или иных заболеваний. Иными словами, ТМ является междисциплинарной отраслью, имеющей своей задачей создание оптимальных механизмов внедрения достижений фундаментальной науки, в частности молекулярной и клеточной биологии, в клиническую практику с целью обеспечения высокой эффективности оказания медицинской помощи [2, 8]. С учетом изложенного ТМ — это новое мировоззрение, предполагающее ряд инфраструктурных изменений: создание биобанков, специализированных клиник, экспериментальной и опытно-производственной базы. Становится очевидным, что ТМ является ключом к совершенствованию современной системы здравоохранения, она диктует необходимость внесения коррективов в работу фармацевтических компаний. Понятно, что персонализированные препараты не могут быть блокбастерами, разработка и производство которых приносили бы миллиардные прибыли фармацевтическим компаниям. Однако ведущие фармацевтические компании мира, учитывающие перспективность ПМ, перестраивают работу и значительную часть своих исследований (от 12 до 50%) направляют на развитие ПМ. Лидирующие позиции в сфере ПМ занимают такие известные фармацевтические компании, как «Roche», «Novartis», «Pfiser», «Astra Zeneca», «Bristol-Myers Squibb» и др. При этом названные компании с учетом особенностей ПМ разрабатывают не только ЛС, но и диагностические тесты и системы. Для этих целей они начинают тесное сотрудничество с лабораториями и другими научными подразделениями, разрабатывающими диагностические тесты.

Например, компания «Novartis», имеющая свое достаточно мощное диагностическое подразделение, купила «Synoptix», специализирующуюся на персональной диагностике, заключила партнерские соглашения с лидером мирового рынка в области персонализированной молекулярной медицины «Invivoscribe Technologies, Inc» [10].
Биофармацевтическая компания «Astra Zeneca» подписала меморандум о сотрудничестве с ООО «Биофармацевтические инвестиции РВК» (Биофонд РВК) и Федеральным центром сердца, крови и эндокринологии им. В. А. Алмазова по созданию инфраструктуры для разработки персонализированных лекарств [2]. Можно полагать, что дальнейшее развитие ПМ и ТМ потребует создания новых форм сотрудничества по указанным направлениям.

Реальное внедрение принципов ТМ уже началось в упомянутом Федеральном центре сердца, крови и эндокринологии им. В. А. Алмазова. В центре ведутся интенсивные исследования по технологиям молекулярной диагностики, разрабатываются скрининговые тест-системы на основе биологических микрочипов для молекулярно-генетической диагностики и мониторинга сердечно-сосудистых, эндокринных, гематологических, ревматических и других заболеваний, создаются биочиповые технологии с использованием наночастиц — путь к портативным диагностическим устройствам и хорошая перспектива коммерциализации [2].

Биочип (биологический микрочип) — это микромножество либо матрица с нанесенными молекулами белков, нуклеиновых кислот, биомакромолекул или биоструктур для одновременного проведения большого числа анализов в одном образце или электронное устройство, содержащее биологические молекулы. Разработаны микрочипы, распознающие олигонуклеотидные последовательности и позволяющие детектировать единичные мутации в генах: на поверхность ДНК-чипа иммобилизируются олигонуклеотиды. При добавлении анализируемого образца комплементарная таргетная ДНК в образце формирует дуплекс с олигонуклеотидом на чипе. В результате генерируется сигнал, свидетельствующий о наличии в пробе соответствующего объекта (инфекция, онкомаркер и т. п.).

В рамках сотрудничества компании «Astra Zeneca», ООО Биофонда РВК и Федерального центра сердца, крови и эндокринологии им. В. А. Алмазова создан первый в России биобанк — хранилище биологических образцов для медицинских исследований, в том числе в кардиологии и эндокринологии. Предполагается, что биобанк станет сетевым инфраструктурным проектом, объединяющим больницы, транспортные компании, лаборатории, хранилища, что позволит собирать и исследовать образцы тканей (например, образцы раковых опухолей) практически по всей стране. В результате планируется создание легальной и прозрачной структуры получения, описания, хранения, доставки образца от операционного стола до заказчика [2].

Биобанки широко используют в мире для разработки таргетных лекарств. Имеется биобанк Соединенного Королевства (UK Biobank) — хранилище образцов биоматериала и медицинских сведений о 500 тыс. человек.

В Российском национальном исследовательском медицинском университете им. Н. И. Пирогова создан НКЦ персонализированной медицины. На его базе по этой проблеме проводят исследования 14 кафедр. Молекулярные технологии подбора индивидуальной терапии уже апробируются в ряде городских больниц, но пока они связаны только с конкретными научными изысканиями.

При ФГБУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича» РАМН создан отдел персонализированной медицины, включающий 5 лабораторий. Деятельность отдела и лабораторий направлена преимущественно на трансляционные научные исследования, связанные с переносом фундаментальных знаний в клинику.

В Киеве в центре персонализированной медицины «Eurolab» уже создан банк стволовых клеток молочных зубов, предоставляющий услуги по выявлению, размножению и персональному долгосрочному хранению стволовых клеток, полученных из выпавших молочных зубов детей, то есть начинает развиваться еще одно из направлений ПМ — клеточная заместительная терапия, основанная на способности стволовых клеток к восстановлению поврежденных в результате болезни или травмы тканей и органов человека. Выделенные из здоровых молочных зубов клетки размножают (культивируют), доводят количество до терапевтической дозы, которая составляет более 1 млн клеток. Затем клеточный материал замораживают в особых условиях и длительно хранят. Имеются данные, что такие клетки хранятся больше 20 лет, не теряя способность к делению, преобразованию (дифференцировке) и приживлению.

В научно-исследовательских учреждениях Республики Беларусь также началась разработка подходов к персонализированной терапии. Так, в РНПЦ эпидемиологии и микробиологии совместно с РНПЦ пульмонологии и фтизиатрии разработан персонализированный подход к адъювантной иммунотерапии пациентов с мультирезистентным туберкулезом на основе зрелых аутологичных моноцитарных дендритных клеток, праймированных антигенами микобактерий. Результаты уже внедрены в клиническую практику: разработана инструкция по применению, утвержденная Минздравом Республики Беларусь. Для исследований в этом направлении применяли молекулярно- генетические методы, определяли точечные мутации с помощью секвенирования ДНК-фрагментов и другие методы [11, 12].

В РНПЦ детской онкологии, гематологии и иммунологии ведется поиск факторов, позволяющих для каждого пациента подобрать конкретную форму терапии (комбинация эффективных химиопрепаратов) с учетом чувствительности опухолевых клеток (MTT-тест) или известных молекулярно- генетических маркеров (BCR- ABL), для которых созданы препараты таргетной терапии типа дазатиниба, гливека.

Кроме того, разрабатывают пациент-специфические тесты для отслеживания остаточных опухолевых клеток [13, 14], проводятся работы по созданию антиидиопатических противоопухолевых вакцин. Сотрудники центра участвуют в крупных международных исследованиях.

В РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Н. Н. Александрова занимаются разработкой различных молекулярно-генетических технологий (ПЦР, молекулярное секвенирование, флюоресцентная гибридизация in situ (FISH), технология биочипового анализа и др.) для выявления причин патологического состояния, установления диагноза и контроля эффективности лечения на уровне геномной ДНК, РНК и белков.

Используя совокупность разных диагностических методов, выявляют клинически значимые маркеры, проводят поиск новых генных нарушений, характерных для различных нозологических форм злокачественных новообразований. Применяются панели различных биомаркеров с целью оценки риска рецидивов рака и принятия решения о применении и/или коррекции химиотерапии. На основании проводимых исследований в клинике используют таргетные препараты типа иматиниба (гливек) для лечения рака молочной железы, зелборафа при меланоме, панитумумаба при колоректальном раке и др. В центре создан специальный отдел канцерогенеза с морфологической группой, в состав которого включена лаборатория клинической молекулярной генетики и иммунологических методов диагностики.

В РНПЦ «Кардиология» совместно с сотрудниками Института генетики и цитологии НАН Беларуси проводятся исследования по выявлению молекулярно- генетических особенностей предрасположенности к артериальной гипертензии [15]. С учетом выявленного полиморфизма генов PAAC и средовых факторов сердечно-сосудистого риска в настоящее время с помощью фармакогенетических методов изучается эффективность блокаторов ангиотензиновых рецепторов I типа.

Успешно ведется разработка диагностических и лечебных мероприятий для пациентов с дилатационной кардиомиопатией с учетом выявленных клинико- генетических (LMNA) маркеров и проводится поиск генных дефектов при гипертрофической кардиомиопатии у жителей республики [16, 17].

Приведенные сведения по персонализации лечения различных заболеваний в республике свидетельствуют о том, что это новое направление клинической медицины не остается в стороне от исследований, проводимых в мире. Где-то только начинается разработка этого современного раздела медицины, а где-то результаты уже внедряются во врачебную практику.

С учетом накопленного мирового опыта по развитию ПМ можно говорить о том, что ПМ и ТМ — это получение быстрых результатов от вложенных денег. По данным литературы, применение фармакогенетического тестирования у пациентов, принимающих варфарин, позволяет сэкономить более 1000 евро на 100 пациентов в год [18]. К 2012 г. только в США построено более 60 центров ТМ с годовым бюджетом порядка 1 млрд долларов.

Кроме того, применение фармакогенетических подходов способствует повышению эффективности лечения при минимальной токсичности для пациентов и значительному сокращению курса лечения [19]. Уместно высказывание E. C. Lamberta: «Есть больные, которым нельзя помочь, но нет таких больных, которым нельзя не навредить».

В заключение следует отметить, что для ускорения развития и внедрения в клиническую практику принципов ПМ и ТМ как новой и перспективной парадигмы лечения потребуется интеграция усилий ученых, клиницистов, генетиков, фармакологов, организаторов здравоохранения и кооперирование с соответствующими уже сформировавшимися структурами данного направления в других странах, в первую очередь Российской Федерации. Потребуется объединение инновационной, научно-образовательной, диагностико-лечебной деятельности и создание экспериментальной и опытно-производственной базы.

Академик И. Дедов при обсуждении вопроса о дальнейшем развитии ПМ в России предлагает объединить усилия всех научных разработчиков в области ПМ в отдельный научно-исследовательский консорциум и разработать «дорожную карту» персонализированной медицины для наиболее распространенных заболеваний [10].

Профессор В. С. Улащик считает, что в качестве первого шага в создании системы ТМ в республике могла бы стать организация Республиканского общества трансляционной медицины, призванного объединить специалистов самого разного профиля, работающих на благо здоровья населения [20]. В качестве платформы для его деятельности предлагается использовать журнал «Здравоохранение», на базе которого проходят семинары и конференции по наиболее проблемным вопросам здравоохранения и медицинской науки.

В НАН Беларуси обсуждается вопрос и готовится положение о создании национальных научно-исследовательских лабораторий, которые будут интегрировать возможности разных научных коллективов, учреждений для решения конкретных задач по важнейшим для республики направлениям, для получения быстрой отдачи от вложенных средств. Очевидно, что одной из таких лабораторий может быть лаборатория персонализированной и трансляционной медицины.

ЛИТЕРАТУРА

1.    Кукес В., Палеев Н., Сычев Д. // Врач.— 2008.— № 1.— С. 4—9.
2.    Шляхто Е. В. Трансляционная медицина: от науки к практике / Е. В. Шляхто [Электронный ресурс].— Режим доступа: http://www.internist.ru.
3.    Сычев Д. А. Клиническая фармакогенетика: Учеб. пособие.— М., 2007.
4.    Сычев Д. А., Миронова Н. А. // Лаборатория.— 2012.— № S.— C. 11—13.
5.    Генетический паспорт — основа индивидуальной предиктивной медицины / Под ред. В. С. Баранова.— СПб., 2009.
6.    Сычев Д. А., Савельева М. И., Кукес В.Г. // Мед. генетика.— 2008.— № 1.— С. 21—27.
7.    Майорова О. А. // Качественная клинич. практика.— 2002.— № 4.— С. 2—9.
8.    Шляхто Е. В. // Врач.— 2010.— № 12.— С. 6—10.
9.    Шляхто Е. В., Петрищев Н. Н., Голагурза Н.Г. и др. // Кардиопротекция: фундаментальные и клинические аспекты.— СПб., 2013.
10.    Костина Г. Таблетка Вас узнала / Г. Костина [Электронный ресурс].— Режим доступа: http://expert.ru/ expert/2013/05/tabletka-vas-uznala.
11.    Титов Л. П., Гончаров А. Е., Скрягина Е. М. и др. // Здравоохранение.— 2012.— № 1.— С. 53—64.
12.    Титов Л. П., Сетаре М., Суркова Л. К. // Мед. новости.— 2009.— № 12.— С. 63—65.
13.    Shman T. V., Movchan L. V., Aleinikova O.V. // Leuk. Lymphoma.— 2013.— Vol. 54.— P. 2560—2562.
14.    Федорова А. С., Кустанович А. М. //Детская онкология.— 2012.— № 3.— С. 67—70.
15.    Павлова О. С. // Кардиология в Беларуси.— 2013.— № 1.— С. 4—12.
16.    Комисарова С. М., Чакова Н. Н., Ниязова С. С. и др. // Кардиология в Беларуси.— 2012.— № 2.— С. 29—39.
17.    Комиссарова С. М., Чакова Н. Н., Ниязова С. С. и др. // Кардиология в Беларуси.— 2012.— № 4.— С. 29—39.
18.    Герасимова К. В., Сычев Д. А., Авксентьева М. В. и др. // Клинич. фармакология и терапия.— 2009.— № 4.— С. 87—91.
19.    Кукес В. Г. //Биомедицина.— 2010.— № 3.— С. 22—24.
20.    Улащик В. С. // Новости медико-биологич. наук.— 2013.— Т. 7, №2.— С. 182—195.

Поступила 11.03.14.

Манак Николай Андреевич.
Республиканский научно-практический центр «Кардиология».
220007, г. Минск, ул. Фабрициуса, 13; сл. тел. (8-017) 222-16-12.

Ключевые слова: , , , , , , , ,
Автор(ы): Манак Н. А.
Медучреждение: РНПЦ «Кардиология» Минздрава Республики Беларусь