Раковые клетки: уничтожить «в зародыше»!

Более 30 лет профессор Андрей Гудков занимается экспериментальной онкологией, из них последние 10 - разработками противораковых лекарств. Он начинал свою профессиональную деятельность в Российском онкологическом научном центре имени Блохина, а с начала 90-х - работает в США. Сейчас Андрей Гудков стал вице-президентом и руководителем отдела биологии клеточного стресса в Институте рака Roswell Park в Баффало. За последние два года имя его и его команды обошло практически все известные мировые научные и популярные издания - благодаря созданию принципиально нового средства защиты организма от радиации. Однако главная задача лаборатории гораздо более масштабная - создать средство, которое не позволило бы клеткам человеческого организма превращаться в раковые. В интервью «В мире науки» Андрей Гудков рассказал о тенденциях современной онкологии и о том, какие направления, с его точки зрения, могут дать радикальный результат.

 - Андрей Владимирович, вы и ваша группа занимаетесь не только фундаментальной биологией, изучением механизмов возникновения рака, но и непосредственно разрабатываете лекарства. А с недавнего времени даже пытаетесь обеспечить клинические испытания готового продукта. Как это удается, особенно в Америке?

- Традиционно изучением механизмов злокачественной трансформации и развитием лекарств, «бьющим» по этим механизмам, занимаются разные группы людей, считающих себя принадлежащими к разным профессиям. Это значит, что сразу возникает проблема перевода с одного языка на другой - «фазовый переход», требующий много дополнительной энергии. Это усложняет и без того трудный и исключительно дорогой процесс развития лекарств. Некоторое время назад мне показалось, что путь от чисто фундаментальных исследований до создания готового продукта (лекарственного препарата) можно существенно сократить, если сами ученые будут участвовать в этом процессе от начала и до конца. И с тех пор я вместе со своими сотрудниками эту гипотезу проверяю, превратившись в «ученого-переводчика» (translational scientist).

На основании чисто фундаментальных исследований можно создавать «пролекарства» -молекулы с желанным биологическим эффектом - и показать, что сама идея верна. Но дальше начинается «доведение» этих молекул - тяжелое занятие, поскольку «фундаментальными» грантами оно уже не поддерживается, а большие фармацевтические компании еще не принимают недозревший продукт. Получается, за этот промежуточный этап никто не хочет платить. Конечно, можно всю жизнь открывать фундаментальные принципы и ждать, что придет кто-то другой и будет развивать их дальше. Но мы захотели делать это сами. В 2003 году, когда я работал в Lerner Research Institute в Кливленде, мы именно с этой целью создали новую структуру - биотехнологическую компанию «Кливленд Байолабс» (NASDAQ: CBLI; www.cbiolabs.com), которая отпочковалась от Кливлендской клиники. Это с одной стороны организация, которая может доводить до практики то, что создано в лаборатории, а с другой - еще и способ не потерять замечательных сотрудников, в этой лаборатории выросших, позволяющий людям подняться по профессиональной карьерной лестнице, не бросая той темы, которой они занимались в академической науке. Это замечательная схема, которая пока в Америке реализуется нечасто.

За первые несколько лет существования CBLI мы провели через предклинические стадии несколько многообещающих препаратов и вплотную довели наши разработки до момента клинических испытаний на людях. А это уже качественно новый этап, где крайне полезно партнерство биотехнологической компании с «правильными» клиницистами. Кливлендская клиника, где мы в то время были - не оптимальное место для онкологических разработок. Я начал поиск потенциальных партнеров и вышел на Институт рака Roswell Park (Roswell Park -имя основателя этого самого первого в США ракового центра, созданного в 1898 году) и обнаружил там совершенно уникальные потенциальные возможности для нашей работы. В этом относительно небольшом институте (примерно 3 тысячи сотрудников против 35 тысяч в Кливлендской клинике) - удивительная атмосфера содружества клиницистов и ученых, постоянно взаимодействующих и говорящих на одном профессиональном языке! 

Если бы мне кто-нибудь сказал тогда, что через несколько лет все мы (около 50 семей) туда переедем, я бы не поверил. Однако, притяжение оказалось взаимным, и дирекция института сделала практически невозможное, «подняв» достаточно средств для обеспечения перемещения и лаборатории, и компании из Огайо в северо-западный Нью Йорк. И вот мы уже 2 с половиной года в Баффало, где все пока складывается, как и ожидалось или даже лучше. Помимо прогресса компании, расширяется и исследовательская программа - за счет работы моей и 5 новых лабораторий, которые были созданы в руководимом мною Отделе биологии клеточного стресса. 

- Как удалось убедить американских инвесторов в том, что русский менеджмент может нормально работать? 

- Это вы, вероятно, намекаете на весьма необычный состав и лаборатории и компании, где большинство - выходцы из России. Так вот, «приручить» инвесторов удалось далеко не сразу, но нам было бы очень трудно состояться, если бы мы не «заработали» достаточно много грантов от американского правительства - эти деньги обеспечили примерно половину нашего бюджета.

В Баффало мы приехали уже состоявшимися, о нас знали прежде всего по работам, кроме того, мы к тому моменту доказали, что создали конкурентоспособную организацию. Немаловажная деталь: штат Нью-йорк, где находится город Баффало и наш нынешний центр, имеет совершенно иную деловую культуру, чем Огайо: здесь доминирует армосфера готовности к риску, чем напоминает Калифорнию. Помимо собственно нашего центра в Баффало и его окрестностях есть достаточное количество научных и медицинских учреждений высокого уровня, что создает паутину профессиональныхсвязей. 

За эти два с половиной года мы полностью интегрировались в интеллектуальную жизнь института, я принял на работу пять новых профессоров, трое из которых - мои бывшие ученики, приглашенные из других университетов. В результате получился замечательный отдел. Кроме того, моя зона ответственности как вице президента по фундаментальной науке - поддерживать высокий уровень фундаментальных исследований и стимулировать создание совместных программ как между лабораториями, так и с внешними организациями, в том числе включающих и международное сотрудничество. Например, недавно мы подготовили межинститутский договор с российским онкоцентром. Такая система делает принципиально возможным дождаться плодов фундаментальных исследований уже в течение своей жизни - когда они не только влияют на то, что написано в учебниках, но и превращаются в лекарства.

- Известно, что уже две ваших разработки прошли первую стадию клинических испытаний. Первая - средство защиты от радиации, которое произвело настоящую сенсацию. В чем главная идея и как все это связано с раком?

- Действительно, в апреле 2008 года мы опубликовали статью в Science, которая описывала новый принцип защиты от радиации. Имитируя опухолевые механизмы, мы научились у опухолевых клеток тому, как избегать включения программы самоубийства клеток (апоптоз). Затем мы нашли в природе источник веществ с нужными нам свойствами - это бактерии, которые живут в человеческом организме в течение миллионов лет и приспособились быть не только безвредными, но часто и полезными - как часть своей собственной программы выживания. Мы использовали антиапоптотические факторы бактерий, и на основе одного из них (флагеллин сальмонеллы) создали препарат, названный Протектан-502, который при введении животным - обезьянам и мышам - позволил достичь крайне высокого уровня радиационной защиты, причем как системы кроветворения, так и кишечника, двух самых радиочувствительных систем нашего организма. 

Радиация повреждает ДНК, но точно таким же образом действуют и многие химиотерапевтические агенты, и отсюда логически вытекает область применения - одновременно с радио или химиотерапией (добавлю, что наши вещества действуют прицельно и защищают только нормальные клетки, а не клетки опухоли). Ожидается, что таким образом мы в значительной степени избавляем пациентов от токсичности лечения и одновременно сделаем его более эффективным, поскольку при такой защите можно давать более высоки дозы.

Но существует и другая задача, которая менее востребована практически, но воспринимается любым обществом как потенциально важная - защита от облучения, связаного с применением ядерного оружия или несчастных случаев типа чернобыльской аварии. На данный момент ни одна страна мира не располагает по-настоящему эффективным радиопротектором для защиты армии или населения. Оказалось, что средства на дальнейшие исследования и разработку радиационных антидотов для медицины можно получить быстрее, если идти через создание лекарств для защиты армии и населения от радиации. 

Это нам очень сильно помогло. Ведь, как известно, главная причина медленного внедрения новых лекарств - в строгой зарегулированности процесса развития во всех его аспектах - и в котроле производства, чистоты, безопасности и т.п.. В случае если эффективность веществ нельзя доказать на людях напрямую (вы же не можете облучить человека смертельной дозой, чтобы доказать, что твое лекарство действует) FDA разработало специальные правила испытаний на животных и переноса их результатов на человека. Согласно этим правилам, сначала надо показать действие потенциального препарата на двух видах животных, причем, один из них - обезьяны. Затем надо доказать, что на человеке он тоже будет работать, то есть включать те же самые механизмы и с той же силой. Для этого необходимо детально понимать механизм его действия, характер изменений, вызываемых им в клетках, можно найти среди них те, что поддаются количественному измерению - биомаркеры, после чего вводить препарат людям безо всякой радиации и такие биомаркеры измерять (ну, и естественно, потенциальную токсичность).

Поэтому нам надо было провести длительные и довольно сложные фундаментальные исследования, а затем и испытания на животных, прежде всего обезьянах. Это очень дорого, стоило нам десятки миллионов долларов (несмотря на то, что эта часть работы преимущественно проводилась в Китае), половина из которых пришла из инвестиций, а другая половина - от американского правительства в виде грантов министерств обороны и здравоохранения. Эта работа дала хорошие результаты: оказалось, что препарат работает, даже если его вводить через 48 часов (!) после облучения. Недавно мы закончили первую фазу клинических испытаний на добровольцах, и их результаты готовим к публикации. 

Мы очень довольны, и сейчас ведем подготовку к клиническим испытаниям на больных онкологическими заболеваниями, подвергающихся радиотерапии. Испытания должны начаться в 2010 году. 

- А возможны ли ситуации, когда массовая гибель клеток вызывается похожим на воздействие радиации механизмом?

- Возможны. Мы провели дополнительные исследования, и выяснилось, что похожая смерть происходит при ишемических состояниях, когда определенный участок ткани получает недостаточно кислорода, например, обескровлен. Простой пример: если жгут, наложенный, чтобы предотвратить кровопотерю, не снимают слишком долго, то порой приходится ампутировать конечность. Мы воспроизвели эти обстоятельства на животных, попробовали вводить Протектан-502, и оказалось, что он обладает мощным противоишемическим действием. Со временем можно надеяться, что он будет доступен в обычном травмпункте. Это пример «побочного» медицинского применения этого препарата, главной целью применения которого остается рак.

Следующий наш продукт, свойства которого мы изучаем вместе с Институтом микробиологии имени Гамалеи в Москве, всего на несколько шагов отстает от первого и называется «Протектан-612». При его создании мы снова использовали бактерии, но на этот раз - липопептид микоплазмы. Микоплазма - мельчайшая из бактерий с самым маленьким геномом, - вызывает как правило бессимптомные мягко протекающие инфекции. А мягкий, малоопасный паразит - это самый умный паразит, нашедший способы стать невидимым для организма. Минимальный вред с максимальной пользой - это именно то, что нам нужно для создания лекарств. Оказалось, что введение его в кровь мышам или обезьянам вызывает мощную пролиферацию стволовых клеток костного мозга и их мобилизацию в периферическую кровь. Это позволяет надеяться, что с помощью Протектана-612 можно подготовить идеального донора. Введя однократно вещество в организм, через 2-4 суток можно получить из очень небольшого объема периферической крови стволовых клеток достаточно, чтобы спасти обреченного человека с погибшим кроветворением. 

Сейчас процедура подготовки донора костного мозга занимает много часов, она небезопасна и при этом не всегда удается получить достаточное количество стволовых клеток. Как правило, донорам вводят специальное вещество, природный человеческий фактор роста гранулоцитов, ГКСФ, также известный под именем Ньюпоген (годовой объем продаж этого лекарства уже в течение многих лет держится на уровне несколих миллиардов долларов). Вводят его в течение четырех дней подряд, после этого его кровь при помощи специального оборудования замыкают на внешний контур для отбора клеток, обогащенных стволовыми. Мы надеемся, что развитие нашего препарата позволит вообще избежать этой процедуры, поскольку он сможет обеспечить количество стволовых клеток, достаточное для того, чтобы их получать из небольшого объема донорской крови. 

- Но вы занимаетесь созданием и собственно противораковых веществ. То есть, «меняете шапочку» и вместо того, чтобы защищать клетки, начинаете их убивать. Главная проблема, как известно, убить максимально селективно, то есть, - именно опухолевые клетки. Как вам удается решить ее?

- Существует целый ряд сигнальных путей, которые клетка включает и использует, оказавшись в состоянии стресса. Стрессов бывает много, но основных - четыре, с которыми встречается практически любая клетка, и чтобы их пережить, ей нужно правильно на них ответить. Один я уже называл - это повреждение ДНК, вызванное химиотерапией, радиацией, либо другими факторами, создающими так называемый оксидативный стресс. В ответ на него клетка включает с одной стороны программу репарации, «починки» ДНК, а в некоторых случаях - программу самоубийства или апоптоза (организм «считает», что лучше избавиться от поврежденных клеток, чем плодить их потенциально опасное потомство). Всем этим «занимается» сигнальный путь, получивший название р53. Но у опухолевых клеток р53 почти всегда выключен, поскольку приобрести злокачественные мутации, не потеряв апоптоза, - трудно. 

Также существует температурный стресс, ответом которому служит сигнальный путь, называемый «тепловым шоком», - когда клетка включает синтез большого числа специальных белков, которые не дают другим белкам терять правильную структуру, а клеткам, говоря образно, - превращаться в крутое яйцо. В опухолевых клетках этот сигнальный путь, как правило, постоянно активен, поскольку они все время производят массу «бракованного» белка и его выключение для такой клетки опасно.

Третья опасность - нехватка кислорода. В ответ на нее надо срочно перейти на другой метаболизм, вместо дыхания - на гликолиз, остановить деление, и чтобы не тратить лишнюю энергию, нужно включить факторы, вызывающие рост новых сосудов, доставляющих кислород. Этим занимается сигнальный путь, «руководимый» белком HIF1альфа. Он также постоянно включен в большинстве опухолей, которым вечно не хватает кислорода из-за того, что кровеносные сосуды, как правило, не поспевают за быстрорастущей опухолью.

Четвертый путь отвечает на появление внешнего врага - инфекционных агентов. Он связан с включением иммунитета, как врожденного, не требующего предварительного обучения, так и адаптивного, основанного на появлении иммунных клеток и антител, специально направленных против чужих антигенов. Здесь центральную роль играет белок НФ-каппаБ, который также постоянно активен в подавляющем большинстве опухолей, поскольку делает их устойчивыми, в частности, к тому же апоптозу.

Общим для всех этих сигнальных путей является то, что в обычных клетках в нормальных обстоятельствах они неактивны. При этом в опухолевых клетках, как я только что объяснил, они как правило испорчены, и либо выключены (как р53), либо постоянно включены (как три остальные) - для того чтобы увеличить шансы на выживание. «Прелесть» ситуации в том, что эти сигнальные пути - универсально испорчены практически в каждой опухоли. А значит, если мы найдем вещество, которое выключало бы эти три пути, и наоборот включало бы апоптоз, - то оно стало бы почти универсальным противораковым средством. Но до сих пор не было никакой возможности сделать это одновременно: одни лаборатории занимаются попытками регулировать один путь, другие - другой. Мы, основываясь на случайном наблюдении (как часто происходит в науке), обнаружили молекулы, названные Кураксинами, которые активируют «спящий» р53 в опухолевых клетках и одновременно блокируют работу трех других стрессовых сигнальных путей и таким образом, «бьют» по нескольким мишеням одновременно. Как установила профессор Катерина Гурова, работающая в нашем отделе, которая внесла важнейший вклад в разработку Кураксинов, причиной такой удивительной комбинации свойств этих веществ является их направленность против специфического хроматинового фактора, который необходим, чтобы разрешить включение генов в ответ на активацию всех этих сигнальных путей. Тем самым, одновременно выключается ответ на тепловой шок, на гипоксию и на воспаление и включается апоптоз. Это магическая комбинация свойств, которой не обладает ни один из известных до сих пор противораковых лекарств. Недавно я рассказаывал об этой работе в Российском онкологическом центре, и мы уже начали совместую работу по изучению Кураксинов.

- Когда же, наконец, рак превратится в обычное хроническое заболевание? В чем будет прорыв - в новом, совершенном лекарстве? Или его ждать с другой стороны?

- Я не берусь делать конкретные прогнозы, но приведу аргументы, которые позволяют надеяться, что переворот в борьбе с этим классом заболеваний произойдет в реальном времени. Помните, когда в середине 80-х был открыт вирус СПИДа, это расценивали как смертельно опасную пандемию? У этого вируса всего-навсего около десятка генов, но более 25 лет ушло на то, чтобы, наконец, появилось лекарство, которое по-настоящему начало снижать заболеваемость. 25 лет потребовалось, чтобы разобраться с вирусом, у которого всего 10 генов! 

В раковой клетке около 35000 генов, что отражает несколько иную спепень сложности задачи. Но я привел пример со СПИДом не поэтому. Когда разрабатывались противовирусные лекарства, бьющие только по одной мишени, эффекта было мало, когда по двум - уже больше, а когда начали комбинировать, создавать коктейли, направленные против трех мишеней, - это и стало поворотным моментом в лечении, поскольку вирус перестал успевать создавать устойчивые мутанты. То же самое, скорее всего, произойдет и с раком, который, как и вирус, является «движущейся мишенью», поскольку все время мутирует. Сейчас создается большой набор лекарств, которые бьют по определенным индивидуальным мишеням, но по отдельности они не в состоянии полностью избавить от этой болезни. Можно продлить жизнь, болезнь отступит, но потом атакует с новой силой. Но если вы используете 2, 3 или 4 различных вещества, воздействующие на одну раковую клетку «с разных сторон», то у нее может не хватить «креативности» для создания нового вида защиты, - вы отнимаете у нее шанс изобрести обходной маневр в отведенное ей время. В этом смысле Кураксины имеют явное преимущество, поскольку «бьют» сразу по нескольким «ахиллесовым пятам» рака.

Но все-таки прорыв, о котором вы спрашиваете, придет с моей точки зрения, не отсюда. Главный подход к лечению рака - не в его лечении, а в том, чтобы не дать ему развиться. 

- Вы говорите о профилактике?

- Да, но не о расхожем значении этого слова, которое немедленно ассоциируется с правильным питанием, здоровым образом жизни и т.п. Речь идет об использовании наших фундаментальных знаний о механизмах возникновения рака для того, чтобы уничтожать клетки, ступившие на путь злокачественной трансформации, до того как они станут опасными. Мы, например, уже знаем, как создавать генетически модифицированных животных, у которых практически не развивается рак. В 2007 году выведены мыши, у которых был «отключен» ген, определяющий ответ на тепловой шок. Эти мыши нормально живут, размножаются, и чувствуют себя плохо лишь при высокой температуре. Зато у них не развивается рак! Мало того, если их скрещивать с мышами, у которых риск возникновения рака высок, то это свойство не проявляется в потомстве. 

Ну и что же, - скажете вы, - теперь заниматься евгеникой, создавая генетически модифицированных людей без этого гена? Нет, можно поступить иначе. Ведь рак в организме не возникает одномоментно - он является следствием комбинаторного эффекта множества последовательных мутаций или иных генетических изменений, возникающих и накапливающихся в течение десятилетий. Наши тела «напичканы» клетками, которые находятся на пути к раку, но подавляющее большинство из которых никогда не переродятся окончательно, потому что так и не доберут недостающую дополнительную мутацию. 

Однако эти клетки можно выявить и убивать избирательно, поскольку они уже, как правило, приобретают зависимость от постоянной активности тех самых сигнальных путей ответа на стрессы, о которых я говорил раньше. А значит, их можно избирательно убивать, воздействуя фармакологическим ингибиторами теплового шока и других упоминавшихся путей. То есть, идея состоит не в том, чтобы мышь или человек постоянно жили без возможности ответов на стрессы, а том, чтобы время от времени (скажем, раз в пять лет) проводить профилактическое лечение и «выключать» такую возможность с помощью препаратов всего-навсего на несколько часов. Нормальным клеткам это не принесет вреда, а те, которые уже не могут жить без постоянно включенных сигнальных путей ответа на стрессы - погибнут. Хотя это уже не фантастика, поскольку делается в лабораториях на животных, но еще не вполне реальность, поскольку до переноса на человека нужны долгие годы дополонительной работы, особенно трудные потому, что профилактические средства надо испытывать, по определению, на здоровых людях, которых необходимо не только предохранить, но и не навредить.

- Как быстро подобная профилактика может стать повседневной, доступной каждому?

- Дело в том, что профилактика рака искусственно замедляется особенностями экономики. Нельзя заставить фармацевтическую компанию вкладывать деньги в развитие подобного средства, поскольку она попросту разорится. Ведь, чтобы доказать, что профилактическое средство действительно, работает, потребуются десятки лет, и огромное количество доз самого препарата, гораздо больше, чем при обычных клинических испытаниях. Нужно дать лекарство тысячам здоровых людей, наблюдать за ними долгое время и доказать, что с ними ничего не случилось, что данная популяция болеет раком реже, чем другие, те, кто не подвергался профилактической терапии. (Кстати, одно из самых грандиозных клинических испытаний такого рода было проведено в 60-е годы в Америке, когда в воду стали добавлять фтор, и в результате исчез кариес).

Существующая реальность такова, что инвестор дает деньги, чтобы получить результат через два года, а не через десять. Пока что производить лекарства, которые действуют на уже развившуюся болезнь, гораздо выгоднее, чем ее предупреждать. Хотя профилактические средства, о которых я говорил, обещают спасти миллиарды людей, не дав им заболеть, трудности выхода на рынок отвращают мощности фармацевтической индустрии от профилактики. Средства на подобные испытания должно давать государство, крупные национальные и международные структуры. А наша миссия, академических ученых, - в том, чтобы донести понимание важности этого дела до тех, кто принимает решения. Я это так и понимаю и этим занимаюсь. 

Беседовала Елена КОКУРИНА