К середине 1990-х гг. в лечении муковисцидоза удалось достичь значительного прогресса. Появлялись новые методы лечения, такие как дорназа альфа и тобрамицин для ингаляций, которые помогали подавлять выработку слизи и выводить ее. С каждым годом потихоньку росла продолжительность жизни. Но в Фонде по борьбе с муковисцидозом осознавали, как осознавали пациенты и их семьи, что все методы лечения и улучшения были всего лишь полумерами. Лечение все еще было нацелено на последствия, и все знали, что золотым ключом к разблокированию муковисцидоза было улучшение движения хлорида изнутри клетки на ее поверхность так, чтобы слизь не накапливалась, а инфекции не развивались вообще.
Миссия Фонда по борьбе с муковисцидозом краткая, она сформулирована всего 43 словами, но первые 8 слов – это то, что больше всего интересует многих людей, в том числе и пациентов: «Миссия Фонда по борьбе с муковисцидозом – вылечить муковисцидоз». Поэтому в середине 1990-х гг., когда надежды на генную терапию стали таять, Фонд решил, что необходимо сосредоточиться на клеточном уровне дефекта. Тридцать лет Фонд работал «внизу», с последствиями, занимаясь удалением слизи и лечением инфекций. Затем, в течение десяти лет, он работал «вверху», с первопричинами, сначала выявив дефектный ген, а затем пытаясь модифицировать его обратно в нормальное состояние. Теперь Фонд направил свои усилия в середину, сосредоточившись на неправильно функционирующем белке.
Даже при наличии дефектного белка пораженные клетки человека, страдающего муковисцидозом, способны транспортировать около 1 % нормального количества хлоридов, натрия и воды. Ученые полагали, что если бы можно было усилить работу дефектного белка до уровня 20 % или, что еще лучше, 50 %, то это существенно изменило бы жизнь людей, сохранив в достаточном объеме функцию легких так, чтобы человек с муковисцидозом прожил долгую и здоровую жизнь. Чтобы заставить дефектный белок работать немного лучше, ученые хотели использовать модуляторы белков – таблетки, которые будут манипулировать механизмами клетки, чтобы повысить качество и количество имеющего дефект белка, ответственного за развитие муковисцидоза.
Однако проблема заключалась в том, что модуляторов белков, за использование которых ратовал Фонд по борьбе с муковисцидозом, не существовало. На самом деле ни для одной болезни не существовало одобренных FDA модуляторов белков. В мире биохимии модуляторы белков относятся к домену науки о малых молекулах, изучающей молекулы, которые достаточно малы не только для того, чтобы попасть в желудочно-кишечный тракт, но и чтобы проникнуть в клетку и внести в ней изменения. В середине 1990-х гг. наука малых молекул фокусировалась на выключении функций, например на инактивации «рубильника», чтобы остановить репликацию раковых клеток. Не было прецедентов разработки молекулы, которая бы что-то включала, например, включала то, что было необходимо для увеличения производства белка, из-за которого развивается муковисцидоз.
Момент, однако, был благоприятным. В 1990 г. в рамках проекта «Геном человека» началась каталогизация 21 000 генов в нашей ДНК, кодирующих все белки, необходимые для жизни. Это дало ученым множество потенциальных мишеней для манипуляций. В то же время достижения в области химии позволили очень быстро протестировать большие библиотеки препаратов. Требовались мотивированные люди, которые бы свели воедино новые знания в области химии и биологии во что-то полезное. Такие люди нашлись в одной компании в Южной Калифорнии.
Компания Aurora Biosciences была основана в 1995 г. в Сан-Диего. Она привлекла внимание Фонда по борьбе с муковисцидозом своей уникальной способностью проверять тысячи препаратов одновременно. Компания разработала технологию, называемую высокопроизводительным скринингом, благодаря которой можно проверять на эффективность тысячи малых молекулярных соединений в сутки, в то время как университетские лаборатории были способны проверить всего несколько в неделю.
В Aurora на звонок из Фонда по борьбе с муковисцидозом ответил ученый Пол Негулеску. Администратор сказала ему, что на линии был Боб Билл из Фонда по борьбе с муковисцидозом. Пол попросил ее просто записать, по какому поводу звонок, но она настаивала: «Думаю, он будет звонить, пока вы не подойдете и не поговорите с ним»{278}.
Боб Билл сразу перешел к делу: «Я только что видел презентацию высокопроизводительного скрининга и хочу, чтобы вы, ребята, сделали это для муковисцидоза. Сможете?» По природе замкнутый и прекрасно осознающий многие ловушки и тупики, в которые может попадать наука, Негулеску осторожно ответил: «Можно попробовать», – не веря, что успех на самом деле возможен.
При поддержке Фонда по борьбе с муковисцидозом Негулеску со своей группой начал работать над этой проблемой. Они планировали проверить тысячи препаратов в пробирках, анализируя, улучшают ли они проницаемость для хлоридов в клетках, пораженных муковисцидозом, а затем отобрать те, что оказались эффективными в процессе скрининга, для испытаний на людях. Прогнозируемый процент успеха этого подхода можно представить по следующим цифрам – группа из компании Aurora считала, что, для того чтобы найти две-три малые молекулы, которые можно было бы использовать в исследованиях на пациентах, придется проверить более миллиона соединений.
Проект набрал полный ход в 1998 г., а в 2000 г., благодаря 46 млн долларов инвестиций от Фонда по борьбе с муковисцидозом, появились первые успехи. Сначала нужно было вырастить клетки с таким же дефектом, что и у больных муковисцидозом, чтобы протестировать эти малые молекулы вне организма, – важнейший первый этап. Самой подходящей клеткой для тестирования препаратов была бы эпителиальная клетка легких от больного муковисцидозом, но получить необходимое количество клеток было невозможно; вырастить человеческую ткань с дефектом муковисцидоза в необходимых масштабах было слишком сложно. Негулеску со своей группой исследовал 20 существующих линий эпителиальных клеток от различных животных, таких, которые используются в других лабораториях и которые, как известно, можно изменять в целях исследований. Чтобы клеточную линию можно было использовать, группе нужно было изменить ДНК клеток, включив в нее дефект муковисцидоза, а затем убедиться, что клетки не погибли, пока исследователи вставляли в них препараты для проверки эффективности. На это ушли месяцы, но это было намного быстрее, чем разрабатывать собственные клетки с нуля. Им повезло: 1 из 20 клеточных линий сработала, эпителиальные клетки щитовидной железы крысы. Внедрив в эти клетки генетический дефект муковисцидоза, ученые смогли ввести малую молекулу в клетку щитовидной железы крысы и посмотреть, улучшает ли она проницаемость для хлоридов.
После этого для проведения экспериментов пришлось построить настоящую машину, так как заниматься скринингом миллиона соединений вручную было нереально. Каждый день в разное время тысячи пробирок заполнялись микроскопическими количествами раствора и препарата. Человек или даже группа людей не смогли бы выполнить эту работу в тех объемах, которые требовались. Лабораторные роботы еще не были созданы, поэтому группа приобрела роботов в автомобильной промышленности. Предназначенные гнуть сталь, эти механизмы были не очень ловкими, они часто разбивали пробирки и роняли планшеты для клеточных культур. В конце концов инженеры добились правильной работы, и процессы высокопроизводительного скрининга на препараты, которые могли бы починить белок, ответственный за муковисцидоз, были отлажены.
Скрининг этих тысяч соединений превратился в масштабный проект, и Пол Негулеску признал, что они с группой справились с этим исключительно благодаря огромной поддержке сообщества и Фонда по борьбе с муковисцидозом. Один из первых контактов с ними произвел на Негулеску огромное впечатление: визит в лабораторию 4-летнего ребенка, больного муковисцидозом, за день до марша с целью сбора средств, на который они собирались пойти вместе. Мальчик сказал ему: «Я просто хочу сказать вам спасибо за то, что вы делаете мои витамины». Смешанные чувства больного ребенка – надежда, уязвимость, невинность и благодарность – запали в душу Пола, а сила воли и чувство долга помогли ему выстоять в любых трудноразрешимых ситуациях, куда заводила его наука, сколько бы дней и ночей отчаяния, разочарований и неудач у него не было.
Из более 1 млн проверенных соединений лишь менее 100 малых молекул потенциально улучшали проводимость хлоридов в используемых крысиных клетках. Определив своих кандидатов, группа перешла к испытаниям этих препаратов на реальных бронхиальных клетках людей, у которых был дефект муковисцидоза, – процесс, сузивший вероятности до горстки. Особенно выделялись два препарата, и химики-фармацевты принялись работать над улучшением их активности (сколько граммов препарата нужно принять), сохраняя при этом эффективность (насколько хорошо работает препарат), а также всасывающую способность. Им пришлось отвергнуть наиболее сильнодействующее соединение, потому что у него не было других необходимых свойств, но в конце концов они получили первый препарат, который, как они думали, можно было бы использовать в клинических испытаниях. Препарат, получивший название VX-770, предназначался только для пациентов с мутацией G551D. Это было не то генетическое изменение, которое Цуй и Коллинз нашли в своей лаборатории в 1989 г. Более поздние открытия показали, что белок, ответственный за муковисцидоз, с его 1480 аминокислотами и 180 000 парами оснований может иметь мутации, вызывающие его неправильное функционирование, в сотнях различных мест. Мутация G551D присутствовала только у 4 % всех больных муковисцидозом, но для этой области было гигантским прорывом получить хотя бы что-то – открыть маленькую молекулу, которая исправила бы что-то сломанное.
На этом история почти закончилась, потому что в 2001 г. компанию Aurora приобрела биотехнологическая компания Vertex Pharmaceuticals, расположенная в Кеймбридже, штат Массачусетс. Как и Aurora, Vertex фокусировалась на низкомолекулярных препаратах. Но внимание Vertex привлекло не исследование для лечения муковисцидоза, проводимое компанией Aurora, а технология высокопроизводительного скрининга, которую компания Vertex надеялась использовать для разработки самых необходимых лекарств от рака и гепатита, открывавших до