Впервые ученые обнаружили способ получения гепарина, разжижающего кровь, с использованием человеческих клеток в лабораторных условиях. Новый метод может предложить более безопасную альтернативу существующим методам производства гепарина, основанным на побочных продуктах животного происхождения, таких как кишечник свиней, которые в основном поступают из Китая.
Сотни U.S. пациенты испытали побочные реакции, и по крайней мере 81 человек умер в результате заражения, обнаруженного в гепарине китайского происхождения в последние годы, что побудило U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США будет выпускать уведомления об импорте и массовые отзывы.
"Когда мы начали это исследование, мы были очень удивлены тем, что в этом веке люди все еще использовали бы экстракт животных для производства лекарства," сказал Джон Уайтлок, доктор философии.D., руководитель Высшей школы биомедицинской инженерии Университета Нового Южного Уэльса, возглавлявший исследовательскую группу. "Мы изучили, как наши клетки естественным образом вырабатывают гепарин в нашем организме, взяли этот ген и выразили его в клетках в лаборатории. В результате получается натуральный продукт, а не синтетический, что делает его более безопасным, чем материал животного происхождения."
Уайтлок представит исследование на ежегодном собрании Американского общества биохимии и молекулярной биологии во время экспериментальной биологии в 2016 г.
Гепарин – это разжижающий кровь препарат, обычно используемый для предотвращения образования тромбов у пациентов, перенесших операцию или диализ. По оценкам, только в США ежегодно 12 миллионов пациентов получают гепарин. Лекарство, открытое в 1916 году и одно из старейших, до сих пор широко используемых, включено в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения и представляет собой многомиллиардный мировой рынок.
Подавляющее большинство применяемого сегодня гепарина поступает из сложной цепочки поставок, базирующейся в Китае, где неочищенная форма препарата производится с использованием экстрактов из кишечника свиней или ткани легких крупного рогатого скота. Случаи заражения связаны с ненадлежащим обращением с тканями животных и преднамеренной фальсификацией.
Метод, разработанный Уайтлоком и его коллегами, полностью исключает использование тканей животных. Воспользовавшись естественной способностью нашего организма вырабатывать гепарин, исследователи заставили выращенные в лаборатории клетки почек человека увеличить экспрессию гена серглицина, который, как считается, отвечает за выработку гепарина. Затем они проверили разжижающие кровь свойства полученного вещества.
"Честно говоря, мы были удивлены, что антикоагулянтный эффект вообще был," сказал Уайтлок. "Люди в этой области работают с серглицином более 20 лет, и обычно вы получаете своего рода гепаринового «кузена», но не настоящий гепарин. Это было большим источником разочарования, и наше исследование является важным шагом на пути к альтернативному источнику гепарина, который может иметь явные преимущества для безопасности пациентов."
Сложность производства гепарина из клеток человека проистекает из того факта, что гепарин является углеводом, структурно сложным сахаром, тогда как большинство лекарств, производимых из клеток, представляют собой белки, которые сильно различаются по структуре. Это исследование представляет собой первый случай, когда исследователям удалось побудить человеческие клетки производить препарат, содержащий только углеводы.
Исследование также проливает свет на загадку, которая на протяжении большей части истории препарата ставила в тупик исследователей гепарина. Поколения химиков пытались создать гепарин без использования тканей животных, имитируя точную химическую структуру углеводов; однако гепарин животного происхождения остается более эффективным, чем эти искусственные формы. Исследование Уайтлока показывает, что гепарин, продуцируемый человеческими клетками, имеет естественную изменчивость – небольшие изменения в структуре углеводов, которые дают более разнообразную биологическую смесь, чем то, что было бы произведено в химической лаборатории.
"Гепарин – очень важный препарат, который не понимали последние 100 лет," сказал Уайтлок. "Люди думали, что для достижения эффекта нужна определенная структура, но наше исследование показывает, что нам может потребоваться немного естественных вариаций, чтобы получить действительно хороший клинический результат."
Следующие шаги команды – усовершенствовать сконструированные клетки, чтобы увеличить количество и эффективность производимого ими гепарина. По оценкам Уайтлока, гепарин, полученный с помощью нового метода, может появиться на рынке в течение 10-15 лет, хотя он предупредил, что препарат, вероятно, будет дороже, чем традиционный гепарин животного происхождения из-за эффекта масштаба, который уже встроен в существующую цепочку поставок. Однако гепарин человеческого клеточного происхождения потенциально может быть значительно безопаснее, менее подвержен загрязнению и побочным реакциям и является лучшим вариантом для пациентов, которые в настоящее время не могут использовать гепарин животного происхождения из-за религиозных или диетических ограничений.