О систематической ошибке выжившего в дизайне лекарств

Наверняка все из читающих слышали историю про модификации британских истребителей времен Второй Мировой, когда инженеры укрепляли дырявые участки, обращая внимание только на вернувшиеся самолеты до тех пор, пока не поняли, что нужно дорабатывать броню в абсолютно других местах. Этот феномен получил название «систематическая ошибка выжившего», так как вернувшийся самолет априори вытянул счастливый билеты и не получил попаданий в уязвимые зоны.

Казалось бы, науке всегда нужно учиться на своих или чужих ошибках. Сама суть науки заключается в накоплении, передаче, распространении и обсуждении знаний. Тем не менее, каждый причастный к науке специалист в своей карьере задавался очевидным вопросом: почему не публикуются отрицательные результаты, неудавшиеся эксперименты и прочие провалы?

И правда, мы не видим статей в крупных и цитируемых журналах, как кто-нибудь ставил раз за разом химическую реакцию, а она не шла; как засовывали векторы в клетки, а они ничего не экспрессировали и тд. Можно долго рассуждать об этом, если интересно, то эту проблему в науке уже обсуждали здесь, здесь или здесь.

Вряд ли кто-то удивится, что абсолютно такая же ситуация происходит и в бигфарме. Автор довольно успешной книги Bad Pharma, Ben Goldacre, рассказывает о том, как фармкомпании скрывают результаты провальных клинических исследований, публикуют минимум информации об их ходе, чтобы не падать в грязь лицом. Книга призывает разработчиков и менеджеров к прозрачности.

Но напомню вам, что клинические исследования - это ключевая, дорогостоящая, но, все же, вершина айсберга. Так, на разработку лекарственного препарата, согласно исследованиям WSJ, уходит, в среднем, $802 миллиона, из которых $335 миллионов - это расходы на доклинические исследования, что включает в себя все этапы от поиска хита и до исследований на животных. Сколько же информации об этих этапах не выходит за пределы фармгигантов с офисами в Калифорнии или Кембридже?

На бумаге - формула лекарственной молекулы выглядит крайне просто, набор углеродов, азотов и прочих гетероатомов. Тем не менее, каждая, даже самая минимальная, модификация может стоить часов или даже месяцев работы (я упоминал об этом в одном из предыдущих постов). Но, даже потратив на синтез и аналитику демоническое количество времени и ресурсов, исследовательская команда может столкнуться с тем, что их работа будет положена на полку.

Так, например, на данный момент в реаксисе 165 патентов Jak1 ингибиторов. Jak-STAT путь - это довольно простой и хорошо изученный механизм, нарушения в котором приводят к целому ряду заболеваний воспалительного и онкологического характера. Jak-ингибиторы, в свою очередь, около 10 лет назад стали прорывом в терапии ревматоидного артрита, а сейчас на рынке существует 2 селективных Jak1-ингибитора и несколько не селективных, например, самый старый препарат из этой линейки - тофацитиниб. В тех 165 патентах есть данные по ~13600 молекулам, обладающим исследованной активностью в отношении Jak1. Если немного прикинуть, то получится, что от общего числа исследований лишь ~2% стало в итоге успешными и достигли желаемой цели, а три препарата - это примерно ~0.02% от всех охарактеризованных молекул.

Патенты и статьи по этой мишени выходят до сих пор, хотя ситуация напоминает старую историю с Suvaldi и Incivek, когда супер препарат от гепатита С выбил уже существующий. Тогда, на фоне этой истории были сокращены целые отделы, занимавшиеся разработкой аналогичных молекул в других крупных компаниях, а убытки составили миллиарды $.

В большинстве случаев мы можем наблюдать лишь истории успеха. Концерны охотно расскажут вам в статье о своей гениальной стратегии дизайна, про то как за 20 молекул и 3 гипотезы был получен селективный, активный и биодоступный препарат. Так ли это на самом деле? Вряд ли. Можно лишь гадать, почему фармкомпании не любят рассказывать о своих провалах, но напрашивается предположение, что это происходит из-за необходимости держать репутацию. Не редки и просчеты в менеджменте, и нежелание признавать свои собственные ошибки, так, например, в статье (советую ее прочитать отдельно, так как именно она вдохновила на этот материал) рассказывают про некую UK-based pharmaceutical company, где сотрудники не имеют права высказывать что-либо поперек, даже если решения очевидно неверные. Заведомо провальные проекты длятся годами, а люди тратят на это свои карьеры.

Справедливости ради, иногда мы можем проследить за тем, как провал в достижении требуемых характеристик вынуждал разработчиков менять направление и в итоге оборачивался чем-то вроде успеха. Я как-то разбирал подобный кейс про PI3K ингибитор.

Практикующему медицинскому химику важно понимать, что неудачи и работа в стол неизбежны и являются, по факту, частью его работы. Требуется огромная мотивация, чтобы находить в себе силы и не бросать по этой причине дело, которому многие из вас (и нас) посвящают свою жизнь. Мы здесь, чтобы находить что-то крутое и неожиданное, потому что это весело. Не так ли?

#мысливслух

Эффективность ведущих фармгигантов

На днях вышла удивительная статья. В ней провели анализ крупнейших фармкомпаний на предмет того, сколько вкладывается в R&D направление, какое количество сотрудников в их R&D подразделениях и коррелировали эти параметры с новыми химическими сущностями на рынке. И вы не поверите, но выяснилось, что если вкладываться в R&D и расширять штат, то R&D приносит больше плодов, чем если не.

Наиболее эффективными оказались Pfizer, Merck, Novartis, GSK и Gilead, что связывается авторами с умелой работой с данными, умением изучать успехи и провалы в предыдущих проектах, большим разнообразием в портфолио, операциями с другими компаниями (в том числе, их скупку). Наибольший процент собственной разработки показал Novartis.

Если вы - фармгигант, то бегите закидывать больше денег в свою разработку, скупать успешные команды и патенты.

В блоге на drughunter.com в разделе “молекула месяца” упомянули про GNE-9815, это такой селективный Type II киназный ингибитор BRAF.
Отличие ингибиторов второго типа в том, что они взаимодействуют не с активной формой киназы (т.н. DFG-in state), а с не активной (DFG-out).

DFG мотив - это очень консервативный для тиразиновых киназ участок, отвечающий за взаимодействие с ионом магния в каталитическом центре за счет Asp (D) остатка и обуславливающий протекающую реакцию фосфорилирования. Если киназа находится в не активном положении, то участок связывания меняет форму, за счет чего изменяется и расположение ключевых аминокислот, позволяя создать значительно более селективную молекулу, чем классический Type I АТФ-аналог.

В самой статье же понравилось даже не то, что ингибитор придумали под валидацию комбинации препаратов на клинике, не то, что мишень сама по себе очень сложная и чувствительная к конформациям молекулы-ингибитора, а то, что авторы предложили новый кринж-связывающий мотив. Он минимально взаимодействует с кринж-областью киназы за счет слабого акцептора водородной связи и поляризованной водородной связью C-H ··· O = C, что позволило добиться превосходной селективности.

Я решил посмотреть, что лежит за этой статьей и слегка удивился, обнаружив в реаксисе старый патент 2006 года от AZ, в которой молекула к той же мишени отличается переходом от дигидроизохинолинона к пиридопиридазинону. Остальная часть молекулы, кроме одного бонусного фтора и азотистого мостика, осталась такой же. Хотя патент в статье и не упоминается, это не отменяет факта довольно изящного scaffold-hopping’а.

Первый в классе пероральный аллостерический ингибитор фермента MAT2A, AG-270, от Agios заехал на Ph. I клиники для опухолей с потерей гена MTAP (15% всех опухолей, вообще всех).
Ингибитор работает по принципу синтетической летальности: потеря фермента MTAP, который вызывает опухоли, также делает их особенно чувствительными к снижению уровней S-аденозилметионина (SAM), а поскольку MAT2A является основным продуцентом SAM, ингибирование MAT2A приводит к MTAP-зависимому уничтожению опухолей, в то время как здоровые ткани практически не страдают.

Примечательно, что программа началась с хитового фрагмента (библиотека из >2000 фрагментов) с активностью 620 мкМ, обнаруженного методом surface plasmon resonance. Его сложная структура ядра пиразолопиримидона с множественными таутомерными состояниями дошла до клинического кандидата, несмотря на многочисленные попытки ее заменить.

SAR исследовали по всем возможным 5 положениям. Последовательно замещали объемными ароматическими и алифатическими фрагментами, так как в аллостерическом кармане обнаружилось достаточно пространства под них. Из кристалла увидели, что карбонил и азот необходимы для связывания с аргинином, увидели молекулу воды, которую потенциально можно вытеснить и занять ее место. Воду тоже пытались выгнать ароматикой с HBD и HBA фичами.

Промежуточный кандидат с хинолином в R3, AGI-25696, скормили крысам, но он показал низкие значения всасывания и очень быстрое полу-выведение (предположительно, из-за излишней липофильности). После чего решили вернуться к фенол-замещенному, а также внимательно исследовать положение R4. Вместо метила молекулу аугментировали тучей других заместителей, получив прирост активности с аминопиразолом. Кристалл показал, что в белке образуется бонусная водородная связь через азотный мостик. Финальный этап оптимизации был связан с фиксацией пара-метокси-замещенного фенила в R3 и перебором ароматики в R4, где лучшим был 2-аминопиридин.

Хотя ранее и было показано, что ингибирование MAT2A приводит к петле обратной связи, приводящей к усилению регуляции MAT2A, AG-270, по-видимому, достаточно эффективен, чтобы преодолеть этот эффект. Нюанс в том, что на клинике препарат испытывается в довольно плотной комбинации с довольно-таки мощными препаратами Docetaxel, Paclitaxel и Gemcitabine, что намекает о не самой высокой моно-эффективности.

Привет всем подписчикам) Вчера, благодаря Тимуру и (и его команде) посту в замечательной группе Хеминформатики, на мой скромный канал подписалось около ста человек, большое спасибо и вам тоже!
Такое внимание к медицинской химии и каналу очень сильно мотивирует дальше погружаться в предмет, разбирать статейки и писать новые посты)
В ближайшее время проведу опрос, чтобы понять, кто меня читает, чтобы темы были более инклюзивны)

Относительно недавно я тут публиковал легкое чтение касательно TM EGFR TKI, где акцентировал внимание на том, что основной фрагмент, core-structure, довольно прикольный и новый. Так вот, реальность внесла свои коррективы, и я решил провести своего рода расследование, углубиться в корни, так сказатб.

Если коротко, то мотив не очень новый, даже препарат для той же мишени, патент по которому вышел на 4 года раньше, уже получил свое МНН (Nazartinib) и даже есть статья. Еще раньше был опубликован патент с таким же мотивом, но он против другой мишени, так что не считается.

Это ни в коей мере не отменяет факта, что BI проделали титаническую работу мысли (>300 молекул), да и макрики варить - не мешки ворочать. Но, в то же время, лайк за то, что творчески переосмыслили достижения коллег.

ATR in DDR cascade

ДНК повреждение ответ (DDR - DNA damage response) - это система механизмов, отвечающая за ремонт ДНК в случае воздействия на них повреждающих факторов, например, радиации, токсинов, активных форм кислорода, K-pop и тд. Быстрое восстановление ДНК необходимо для нормального функционирования клетки, в обратном случае высока вероятность развития рака. Тем не менее, в случае дефекта DDR, например, мутации в DNA repair gene BRCA1/2, которая обуславливает высокий шанс появления рака груди или яичников, происходит обратная ситуация, когда DDR мешает терапии за счет развития резистентности метилирующим ДНК агентам вроде цислплатина.

В цепочку DDR входит довольно большое число белков (ATR, ATM, DNA-PK, CHK1, CHK2, Wee1, and PARP), считающихся потенциальными мишенями для разработки противораковых агентов.

Ключевым звеном в механизме является ATR (Ataxia telangiectasia mutated and Rad3-related) киназа. Более подробно про механизм работы пути ATR-CHK1 можно почитать здесь. Если коротко, активация ATR ведет к активной починке ДНК, что делает мишень критически важной для выживания опухоли при химиотерапии. Выключение ATR селективно токсично в отношении клеток, где драйвером пролиферации является онкогенный фактор. Интересно, что ATR активируется в ответ на блуждающие кусочки ДНК (ssDNA), UV, IR-излучение.

Роль ATR-CHK1

ATRk-ингибиторы

Несмотря на то, что хоть концепт ATR-ингибирования и был довольно широко изучался сообществе, основные разработки велись в отношении нижестоящего CHK1-2. CHK1-2 - ингибиторы даже попали в клинические исследования, но успеха особого не достигли. Основные проблемы были связаны с тем, что не получалось достичь селективности и ингибиторы вязались с CDK1, CDK2, PI3K, что снижало терапевтический потенциал. Тем не менее, произошел, так сказать, пруф оф концепт и ATR-киназы стали даже более интересны.

Прямо сейчас на клинике, Phase I & II, присутствует несколько молекул (Berzosertib (M6620 (VX-970)), Ceralasertib (AZD6738)), а также разработка от Bayer, которую мы сегодня обсудим. Все ингибиторы ATR, по понятным причинам, используются в комбинации с DNA-damaging агентами, например, PARP ингибиторами, препаратами платины и радиотерапией. Основная нозология для таких препаратов - advanced solid tumors and lymphomas.

Препараты на клинике:

Кофеинчик

Признаюсь, я очень люблю кофе. Заказываю нетривиальные виды из экзотических стран, смотрю на обжарку, кислотность и вот это вот всё. Даже одно время вручную молол. Попытавшись найти статистику по тому, сколько в год выращивается и продается, я столкнулся с тем, что это какие-то гигантские цифры и адекватной посчитать это крайне сложно. К слову, моя экоактивная подруга недавно изучала этот вопрос с точки зрения бизнеса и окружающей среды.

Другой темой, близкой мне по аспирантуре, являются аденозиновые рецепторы (ARs), тоже связанные с кофе - одним из первых открытых соединений, которые достоверно связывается с ними, стал кофеин. Аденозиновые рецепторы и кофеин есть еще в одной моей любимой теме - нейродегенеративные заболевания. Мета-анализ свидетельствует о том, что есть статистически значимая корреляция между потреблением кофеина и снижением риска деменции и нейродегенеративных заболеваний. Большой и обстоятельный обзор производных кофеина в медхимии опубликовали в Jomc, так что го смотреть.