Юго-Восточный административный округ
«Полезная синергия. Академические специальности, медицина и разработка лекарственных средств» 13.01.2019
В сознании простого обывателя современная академическая биология, математика, программирование и медицина никак не связаны, на самом деле - это не так...
«Полезная синергия. Академические специальности, медицина и разработка лекарственных средств»
Автор: руководитель проекта «Академический класс» ГБОУ Школа №1547
В сознании простого обывателя современная академическая биология, математика, программирование и медицина никак не связаны, на самом деле - это не так. Рассмотрим связь этих направлений науки на примере разработки современных лекарственных средств.
Биология, математика и медицина относятся к естественным наукам. Программирование к прикладным. Давайте разберемся в функциях этих наук посредством их определений.
Математика – это наука о количественных отношениях и пространственных формах действительного мира. Она развивается в неразрывной связи с эволюцией знаний о технике и естествознании, математические знания непрерывно меняются и расширяются.
Биология, или наука о жизни. Предметом изучения данной науки являются живые организмы (например: вирусы, бактерии, растения, животные и человеческие существа). Данная область знаний очень объемна и в классическом академическом биологическом образовании студенты проходят на первых курсах ряд общих фундаментальных биологических дисциплин и лабораторных практикумов, которые позволяют им, вне зависимости от выбранной специальности, хорошо ориентироваться во всех направлениях наук о живом, т.е. такие специалисты способны понимать друг друга и эффективно взаимодействовать. Во всех направлениях наук о жизни для обработки количественных и пространственных данных используется математический аппарат статистики и теории вероятностей. Именно поэтому при поступлении на Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова требуется профильная математика ЕГЭ.
Медицина – это система научных знаний и практической деятельности, целями которой являются укрепление и сохранение здоровья, продление жизни людей, предупреждение и лечение болезней человека. Для выполнения этих задач медицина, используя биологическую систему знаний, изучает строение и процессы жизнедеятельности в норме и патологии; факторы природной и социальной среды в аспекте их положительного или отрицательного влияния на состояние здоровья людей; сами болезни человека (их причины, механизмы возникновения или развития; признаки). Таким образом, можно сказать, что медицина является разделом специальной биологии человека, где все биологические знания применяются в практическом плане для сохранения и поддержания здоровья человека. В состав медицины входит фармакология – наука о действии лекарственных средств на организм человека.
Программирование – это прикладная область человеческих знаний, заключающаяся в процессе создания программ, то есть программного обеспечения. Все программы имеют прикладное значение, т.е. решают одну из поставленных задач. Например, расчет вероятности химического взаимодействия различных лекарственных средств внутри организма пациента, вероятность заболеваемости населения и скорости распространения вирусных инфекций, оценка эффективности лекарственных средств (расчет доза-эффект) и т.д.
Т.е. медики используют в своей работе только часть пласта биологических знаний наук о жизни, готовое программное обеспечение, написанное на базе математических статистических данных об организме человека и его функционировании. Использование врачом в своей практике только ограниченного объема знаний естественно-научных и прикладных дисциплин - это необходимая мера, так как объем знаний в каждой науке разросся до таких масштабов, что стало невозможно знать все и обо всем, и при этом эффективно совершенствоваться и развиваться в рамках своих специальностей. И только когда нужно совершить прорыв в науке перед лицом очередной угрозы (например, суперинфекций - инфекционных микроорганизмов со множественной антибиотикоустойчивостью, которые не поддаются лечению ни одним из существующих лекарственных средств) медики и биологи объединяются в частных (фармацевтических компаниях) и государственных научных группах (научно-исследовательских институтах).
Медик (врач) должен хорошо знать нозологию болезней, арсенал лекарств и методов лечения. В своей практике они используют готовые лекарственные средства, инструменты и приборы, которые разработаны и испытаны в клинических исследованиях на больших выборках пациентов.
Какие академические и прикладные специальности работают при разработке лекарственных средств?
Рассмотрим современный типичный «конвейер» разработки новых лекарственных средств крупных фармакологических компаний и то, какие академические специальности при этом задействованы.
Исследовательская фаза
Исследовательская фаза поиска лекарственного средства делится на несколько последовательных стадий: поиск биохимического пути, поиск мишени, поиск лекарственного вещества-кандидата, литературный поиск воздействия данного вещества или аналогичного ему на патологию, подбор дозы лекарственного вещества на стадии доклинических испытаний.
- На стадии исследовательской фазы изучаются молекулярные механизмы возникновения и развития заболеваний, т.е. ищется биохимический путь.
На этой стадии задействованы специалисты: микробиологи, биохимики, цитологи-гистологи, вирусологи, генетики, физиологи.
- Поле того как этот путь установлен, определяется клеточная мишень (структура клетки: рецептор, транспортный белок, рибосомы и т.д.) для воздействия лекарственным веществом.
На этой стадии задействованы специалисты: генетики, биохимики, цитологи-гистологи, физиологи.
- Далее экспериментально определяется вещество, которое способно связываться с найденной мишенью. Обычно путем химического синтеза создаются вещества- аналоги данного вещества (лекарственные вещества-кандидаты), их число может достигать 100 и более.
На этой стадии задействованы специалисты: фармакологи, биохимики, биоорганические химики, математики, программисты
- По литературным данным определяется группа заболеваний, в которых может быть задействован найденный биохимический путь и мишень, а также определяются целевые группы пациентов для возможных клинических испытаний.
На этой стадии задействованы специалисты: фармакологи, математики, программисты
- После следует фаза доклинических испытаний на клетках и животных. На этой стадии на культурах клеток, клеточных препаратах и лабораторных животных проверяются все лекарственные вещества-кандидаты для определения безопасной дозы, которая, как минимум, не будет убивать потенциальных испытуемых пациентов.
На этой стадии задействованы специалисты: физиологи, цитологи-гистологи, вирусологи, микробиологи, математики.
Доказательная фаза
На этой фазе испытаний исследуется клинический ответ (оказывает ли воздействие вещество на патологию или нет) и безопасность. Проверка на большой выборке популяции (2-3 стадия клинических испытаний).
- На фазе испытаний клинического ответа исследуется оказывает ли воздействие вещество на патологию или нет, и безопасность, т.е. возможные побочные эффекты применения вещества в качестве лекарственного средства в различных фармакологических формах. Оценивается статистическая вероятность летальных побочных действий при испытании лекарственных средств на людях.
На этой стадии задействованы специалисты: фармакологи, врачи по специальностям, математики.
- На 2 и 3 фазах клинических испытаний на пациентах, т.е. на больших выборках пациентов, подтверждается либо опровергается лечебный и/или терапевтический эффект выявленных на 1 фазе клинических испытаний лекарственных веществ-кандидатов.
На этой стадии задействованы специальности: фармакологи, врачи по специальностям, математики.
Далее происходит фазарегистрация лекарственного средства в контролирующих медицинский рынок органах специалистами по медицинской регистрации и патентоведами, после лекарство выходит в продажу на фармрынок.
Главный вывод
Таким образом, при разработке новых лекарственных средств фармакологическими компаниями более половины работы выполняют специалисты немедицинский специальностей, а именно: биологи, математики, программисты.
Биологи – это эрудиты наук о жизни, которые могут осуществлять широкий научный поиск и первоначальные стадии разработки лекарственных средств.
Математики способны оценить на всех стадиях фармакологического поиска риски, которые с этим сопряжены.
Программисты создают софтный инструментарий для решения конкретных задач естественнонаучных дисциплин: на основе биохимического строения молекул и математического расчета различных конформационных состояний веществ для предсказания взаимодействия вещество-мишень, статистической обработки результатов доклинических и клинических испытаний на основе математического анализа.
Медики – это практики, прикладники от наук о жизни (биологии), которые оценивают риски и эффект от применения тех или иных лекарственных веществ-кандидатов, участвуют в клинических испытаниях (1,2,3 фазы) на людях, оценивают лечебный и терапевтический эффект от применения, рассматривают решения по допуску к применению в практике лекарственных средств на рынке.
Очень часто разработка лекарственных средств от многих болезней происходит годами, а решение о разрешении к применению принимается медицинскими сообществами и того дольше, потому что медицина, как наука, сама по себе консервативна и это правильно, когда ставка в борьбе с болезнью - человеческая жизнь, а риск ошибки – это смерть.
Festina lente!