Как «органы-на-чипе», компьютерное моделирование и передовые методы выращивания клеток освобождают животных от участия в экспериментах при разработке новых лекарств.
Тестирование медицинских препаратов на животных стало обязательным в 30-х годах XX века после трагического инцидента. В 1937 году американская компания S. E. Massengill Company начала продажи сиропа от кашля под названием «Эликсир сульфаниламида» – антибиотика сульфаниламид в 70%-ном растворе диэтиленгликоля. Дозировка оказалась токсичной, и в первые месяцы от приема сиропа умерло более 100 пациентов. Год спустя Конгресс США принял закон о продуктах питания, лекарствах и косметике, санкционировавший тестирование этой продукции на животных. Аналогичные практики распространились по всему миру. С тех пор, по оценкам организации «Люди за этичное обращение с животными» (PETA), только в США в научных целях было умерщвлено более 100 млн животных.
К сегодняшнему дню под влиянием зоозащитных организаций в большинстве отраслей промышленности тестирование на животных прекращено, в косметической индустрии – сведено к минимуму, но лекарства до сих пор проходят доклинические исследования на животных перед клиническими испытаниями на добровольцах.
Число живых существ, используемых в экспериментах, снижается медленно, отмечено в документах Европарламента. По данным Международного гуманного общества (Humane Society International), в инвазивных экспериментах в лабораториях ЕС ежегодно используется около 10 млн животных – в основном обезьян, собак, кошек, кроликов, крыс и мышей. Тесты на животных по-прежнему проводятся во всех дисциплинах, от фундаментальных до прикладных исследований, они сыграли важную роль, например, в разработке вакцины против COVID-19.
| Некоторых живых существ наука поставила на грань выживания. Например, популяция подковообразных крабов-мечехвостов оказалась под угрозой из-за их массового использования для изготовления препаратов, определяющих биологическую безопасность лекарств. Уникальная голубая кровь этих древних членистоногих, обитающих у восточных берегов Северной Америки и в Азии, густеет при попадании в нее бактерий. Фармацевтические компании используют ее для определения «чистоты» вакцин и других лекарственных препаратов. Ежегодно для научных нужд вылавливается около 600 тысяч крабов, 25-30% из них погибает в процессе забора крови, остальных выпускают в море, но достоверных сведений об уровне их выживаемости нет. |
Тесты на животных критикуются не только по этическим соображениям, но и из-за недостаточной эффективности: биологические различия не всегда позволяют оценить воздействие лекарств на человеческий организм. По данным Центра современных наук (CCS), более 90% лекарств и вакцин, испытанных на животных, терпят неудачу во время клинических испытаний на людях.
Осенью 2021-го Европейский парламент принял резолюцию о поэтапном отказе от всех экспериментов на животных. Она определяет приоритет перехода к научным методам без использования животных в исследованиях, испытаниях и образовательных программах, а также – в финансирования исследований, не использующих животных. Главный принцип: тестирование на животных возможно только при отсутствии альтернатив.
Швейцария первой в мире попыталась полностью запретить использование животных в научных экспериментах и исследованиях, но на национальном референдуме 14 февраля 2022 года это предложение было отклонено. Швейцарские фармкомпании предрекали огромный экономический ущерб от этого решения, и в итоге 79% швейцарцев проголосовали против запрета, сообщал Reuters.
Тем не менее появление прорывных технологий на стыке биологии, химии, физики, инженерии и IT дает надежду в ближайшем будущем свести к минимуму участие животных в разработке новых медицинских препаратов.
Как чипы заменяют животных
В выступлении на TEDx 2019 года под названием «Почему наши внуки не будут знать о тестировании на животных» pHD Имперского колледжа Лондона Манфреди Сан-Джермано, держа в руках чип размером с батарейку типа АА, говорил: «Такие биочипы могут показаться вам кусочками пластика, но на самом деле они содержат целые сообщества человеческих клеток, живущих вместе, общающихся друг с другом, движущихся, меняющих форму, растущих». Из этих чипов, состоящих из трубочек диаметром менее миллиметра, выстланных человеческими клетками, создаются так называемые органы-на-чипе (OOC), способные моделировать работу и биологию заболеваний многих жизненно важных систем человеческого тела, например легких или сердца. Сейчас органы-на-чипе производят около 60 компаний, и члены научного сообщества рассматривают именно ООС в качестве альтернативы испытаниям на животных.
Большинство новых молекул не проходит испытаний из-за проблем с доказательством безопасности в сфере кардиологии, и ООС от TARA Biosystems, способные моделировать все функции, а также разнообразные болезни сердца, помогут решить эту проблему, объясняет гендиректор компании Мисти Ушио. Компания проводит скрининговые тесты на безопасность и эффективность молекул для своих клиентов, среди которых GSK и Amgen.
Сейчас есть и мультиорганные технологии «человек-на-чипе», позволяющие измерять воздействие препаратов на различные системы организма. Так, базирующаяся в США компания Hesperos создает модели, которые имитируют функции от двух до пяти органов.
«Хотя лекарство может показать эффективность в изолированной системе с одним органом, мы не увидим всех возможных побочных эффектов, и в клинических испытаниях препарат может потерпеть неудачу из-за нецелевой токсичности. Поэтому мы хотим предложить систему, помогающую принимать более обоснованные решения», – объясняет гендиректор Hesperos Майкл Шулер.
Системы компании позволяют отслеживать в режиме реального времени функциональные изменения в каждом органе по мере поступления препарата и процесса метаболизма, например, частоту сердечных сокращений, силу сокращения и скорость проводимости. Как минимум одна компания уже подала в FDA заявку на одобрение препарата, при разработке которого была использована модель функционального нервно-мышечного соединения Hesperos. Это Bioverativ, с 2018 года принадлежащая фармацевтическому гиганту Sanofi.
Технологии ООС доказали свою эффективность, в том числе при обнаружении проблем, не проявившихся во время испытания на животных, уверена Ушио.
Представители TARA и Hesperos подчеркивают, что ООС дают фармкомпаниям возможность не только получить более точные данные, но и сэкономить, как минимум избежав инвестиций в неудачные разработки. Использование технологии повышает вероятность успеха до одного из четырех по сравнению со стандартным один к 10 при тестировании на животных – потенциально это сэкономит миллиарды, рассуждает Шулер.
Клетки для тестов
Животных может заменить искусственно выращенная модель человеческого тела, убеждает Майк Клементс, вице-президент по маркетингу компании Axion Biosystems, разрабатывающей системы анализа микроэлектродных массивов (MEA). Технологии МЕА позволяют с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (они получаются в результате перепрограммирования клеток) воспроизводить сложные клеточные культуры для моделирования заболеваний и скрининга лекарств. Такие системы дают возможность гибко формулировать задачу: не просто увидеть, разрушает ли новое химическое соединение ткань мозга, но и понять, способно ли оно вызвать, например, приступ эпилепсии.
Освободить животных от научной повинности помогают и IT-технологии. Израильская компания CytoReason, используя огромную базу данных клинических испытаний, создает платформы машинного обучения, способные с помощью вычислительной модели и искусственного интеллекта имитировать человеческие системы на клеточном уровне.
Сейчас основная платформа компании включает модели для более чем 180 заболеваний, и ее можно настроить для конкретных случаев с учетом стратификации пациентов и выбора показаний. Главное преимущество CytoReason – скорость, уверяет генеральный директор компании Дэвид Харел. Испытания на животных занимают до 18 месяцев, тогда как на вычислительной модели заболевания – всего лишь 20 минут.
Сенат США в 2021 году разработал законопроект о модернизации Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration, FDA), позволяющий регулятору перейти на использование новых методов тестирования косметики и лекарственных препаратов.
«В то время как многие фармацевтические компании понимают, что тестирование на животных неэффективно, действующий закон заставляет их проводить эти бесчеловечные эксперименты против их воли. Чтобы разработать один новый фармацевтический или косметический продукт, необходимо протестировать и подвергнуть эвтаназии сотни животных», – объяснял Эрик Гатенхольм, гендиректор и соучредитель биотехнологической компании Bico.
В октябре прошлого года FDA подписало соглашение о сотрудничестве с Emulate, производителем OCC, для проверки лекарств на их моделях.
Тем не менее, по оценке биотехнологических компаний, тем же ООС понадобится еще от пяти до 10 лет, чтобы заменить в фармацевтике животных, на которых пока тестируются 10 из девяти новых лекарств.
К сожалению, совсем исключить животных из испытаний будет невозможно, предсказывает Шулер из Hesperos. Существуют потребности, которые нельзя полностью перевести на модели in vitro, но новые технологии позволят избавить животных от 99,9% научных экспериментов, прогнозирует он.
Согласно анализу, опубликованному Research and Markets в 2020 году, мировой рынок тестирования на животных в 2019 году оценивался почти в $10,74 млрд, и ожидается, что до 2025 года он будет ежегодно увеличиваться в среднем на 4,27%, а в следующие 10 лет – на 2,46% в год.
Мировой рынок альтернативных технологий в 2019 году оценивался всего в $1,1 млрд и, как ожидалось, за следующие четыре года вырастет как минимум на 10%.