Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu — 2015 • Elena Naimark • Vědecké novinky o „prvcích“ • Nobelovy ceny, biologie, medicína, parazitologie, mikrobiologie

5. října byli vyhlášeni laureáti Nobelovy ceny za fyziologii nebo medicínu za rok 2015. Polovina ceny byla udělena irsko-američanovi Williamu Campbellovi a Japonci Satoshimu Ohmurovi za jejich výzkum léčby nemocí způsobených parazitickými červy. Druhá polovina ceny putovala k Číňanovi Tu Youyouovi za objev nových metod léčby malárie. Slavnostní předávání medailí a certifikátů k peněžním cenám se tradičně uskuteční 10. prosince, v den úmrtí Alfreda Nobela.

Satoshi Omura, William Campbell a ivermektin

Když William Campbell obdržel telefonát od zástupce Nobelova výboru, aby ho informoval o udělení ceny, Campbell tomu nevěřil a požádal o potvrzení, že se nejedná o vtip. A když si byl jistý, že se nejedná o vtip, řekl, že by bylo upřímnější, kdyby cenu neobdržel on, ale celý jeho tým. Když Nobelův výbor zavolal Satoshimu Omurovi, řekl, že cenu s úctou přijímá, ale opět, zásluha na tom nebyla ani tak jeho, jako spíše zásluha všech, kteří s ním spolupracovali.

William Campbell a Satoshi Ohmura byli nominováni na Nobelovu cenu za vynález a propagaci antihelmintika ivermektinu do světové lékařské praxe. Chemicky je ivermektin makrocyklický lakton neboli makrolid. Biografie tohoto léku, pokud se budeme řídit chronologií, je přibližně následující.

V polovině 70. let XNUMX. století zahájil Satoshi Ohmura, tehdejší vedoucí výzkumné skupiny pro antibiotika v tokijském institutu Kitasato, výzkum mikroorganismů s antihelmintickou aktivitou. Za tímto účelem japonští mikrobiologové použili novou metodu pro izolaci půdních aktinomycetů. Poté provedli předběžné testování. in vitro — testoval vliv mikroorganismů na kultury hlístic Nematospiroides dubiusSatoshi Omura se podařilo zorganizovat výzkumné konsorcium státních a soukromých vědeckých skupin. Mezi ně patřila zejména skupina Williama Campbella ze společnosti Merck & Co. Kultury izolované v japonských laboratořích, které vykazovaly antihelmintický potenciál, byly zaslány do Campbellovy laboratoře. Tam byly z kmenů hromadně izolovány chemické látky s předpokládaným antihelmintickým účinkem. Tyto látky se však jedna po druhé ukázaly být pro hostitelská zvířata toxické.

Campbellova laboratoř se poté rozhodla otestovat zaslané kmeny na toxicitu a antihelmintickou aktivitu najednou. Jinými slovy, injekčně aplikovat kmeny infikovaným myším a poté sledovat stav myší a dynamiku jejich infekce během následujícího týdne. Tímto způsobem bylo možné najednou posoudit toxicitu i antihelmintickou účinnost. Během roku a půl byly testovány tisíce kmenů. A mezi nimi byl nalezen jeden slibný kmen – Streptomyces avermitiliJe zajímavé, že tento mikroorganismus byl nalezen pouze v jednom vzorku půdy v Japonsku a nebyl nalezen nikde jinde na světě. Chemici v Campbellově laboratoři tento kmen izolovali. Streptomyces avermitili aktivní antihelmintikum, nazývané avermektin. Osminásobné zředění avermektinu nesnížilo terapeutickou účinnost, ale zcela odstranilo toxicitu.

Právě s touto látkou začali pracovat. Nejprve cíleným výběrem vyšlechtili kmen, u kterého byla produkce avermektinu 500krát vyšší než u originálu. S takovými vlastnostmi již bylo možné uvažovat o technologické výrobě léku. Souběžně byl avermektin testován na specifičnost: na které parazity tento lék působí a pro které hostitele je neškodný. Jak se ukázalo, avermektin účinkoval na velmi širokou škálu hlístic, hmyzu a klíšťat. Campbell a jeho kolegové při studiu chemických a antiparazitárních vlastností aktivních složek avermektinu identifikovali klíčovou strukturu, která zajistila jeho účinnost. To pomohlo vytvořit lék ivermektin – syntetický derivát na bázi avermektinu, který měl zvýšenou účinnost.

Jak ukázaly další studie, účinek ivermektinu je částečně založen na specifickém blokování glutamátem řízených chloridových kanálů u hlístic a členovců. Vzhledem k tomu, že tento typ neurotransmiteru je u členovců a hlístic rozšířený, ukázalo se, že nový lék je žádaný jak pro léčbu parazitárních infekcí u zvířat, tak i jako insekticid v rostlinné výrobě. U savců ivermektin neprochází hematoencefalickou bariérou a navíc má slabou afinitu k odpovídajícím několika málo receptorům, takže je pro savce neškodný.

Téměř okamžitě, již v roce 1981, byl ivermektin uveden do výroby a osvědčil se jako spolehlivý prostředek k léčbě parazitárních onemocnění ve veterinární medicíně a jako silný insekticid v zemědělství. Byl to první lék, který účinkoval proti endo- i ektoparazitům. Zejména v Brazílii, kde míra infekce skotu klíšťaty dosáhla 80 %, byla účinnost ivermektinu mimořádně vysoká. Prodej ivermektinu v prvních letech a v následujících 20 letech se odhadoval na 1 miliardu dolarů, což mluví samo za sebe.

Další fáze výzkumu ivermektinu souvisí s jeho lékařským využitím. V roce 1978 Campbell upozornil na jednu práci provedenou v jeho laboratoři – účinnost ivermektinu proti hlísticím Onchocerca krční, který u koní způsobuje onchocerkózu. Onchocerca krční – toto je hlístice, biologicky blízká té zlověstné Onchocerca volvulus, který u lidí způsobuje tzv. říční slepotu. V 70. letech 18. století trpělo podle odhadů WHO tímto parazitem přibližně 34 milionů lidí ve 70 zemích Afriky, Jižní Ameriky a Arabského poloostrova a asi půl milionu jich v důsledku toho přišlo o zrak. Říční slepota byla označena za jednu z osmi nejrozšířenějších a nejzávažnějších tropických nemocí. V té době na ni neexistoval žádný bezpečný lék: pro velké farmaceutické společnosti bylo nerentabilní investovat peníze do vývoje léků pro nejchudší lidi na planetě. Na konci XNUMX. let bylo vytvořeno několik mezinárodních programů, které měly tento problém vyřešit. Zvažována byla zejména možnost postřiku insekticidy v hnízdištích much, které sloužily jako přenašeči hlístic.

Životní cyklus hlístice Onchocerca volvulusObrázek z článku A. Crump, S. Omura, 2011. Ivermektin, „zázračný lék“ z Japonska: perspektiva lidského použití.

Další část programů byla zaměřena na adaptaci laboratorních zvířat pro testování léků proti říční slepotě – koneckonců, konečným hostitelem jsou pouze lidé. Onchocerca volvulus, a jiná zvířata, jako například myši, nejsou na tohoto parazita náchylná. A taková modelová zvířata byla vytvořena. William Campbell, vědom si problému říční slepoty, na vlastní nebezpečí poslal vzorek ivermektinu do Austrálie, kde byla taková modelová zvířata chována. Ivermektin vykazoval mimořádně vysokou účinnost. William Campbell o tomto výzkumu informoval na zasedání představenstva společnosti Merck & Co. Vedení společnosti jej schválilo a začalo financovat testy léku pro léčbu říční slepoty.

Mezinárodní programy se zpočátku zdráhaly tuto iniciativu podpořit, protože se předpokládalo, že Merck bude za svůj lék požadovat přemrštěné částky, pokud budou výsledky dobré. Navíc existovala malá naděje, že ivermektin bude účinkovat nejen na larvy mikrofilárií, jak tomu bylo v laboratorních testech, ale i na dospělé hlístice. Proto první dvě série testů v letech 1980-1983 prováděla výhradně společnost Merck. Poté však po posouzení vyhlídek léku provedly různé mezinárodní organizace společně se společností Merck rozsáhlou třetí a čtvrtou sérii testů léku. Během testů se ukázalo, že k vyléčení musí pacient užívat jednu dávku ivermektinu ročně nebo dvakrát ročně. Tím se pacient zcela vyléčí.

V roce 1985 společnost Merck oznámila, že ivermektin bude bezplatně dodáván pacientům s říční slepotou a vládním programům zaměřeným na boj s tímto zlem. Při léčbě obyvatel tropických zemí se zjistilo, že tento lék je účinný i při léčbě dalších helmintových infekcí: elefantiázy, strongyloidózy atd. Díky těmto programům byla většina populace již na začátku první dekády XNUMX. století zbavena říční slepoty; pacienti zůstali pouze v Sieře Leone, kde válka přerušila provádění lékařských misí.

Hrozná helmintózní infekce, která se v polovině 20. století zdála neporazitelná, je tedy nyní poražena. Rozhodující roli zde sehrála bezkonkurenční píle Satoshiho Ohmury a jeho kolegů při testování tisíců a tisíců kmenů, aby našli ten potřebný, bezchybná péče, přesné, cílené úsilí a předvídavost Williama Campbella, stejně jako vytrvalost a štědrost farmaceutické společnosti Merck.

Tu Youyou a artemisinin

Čínská badatelka Tu Youyou, která získala Nobelovu cenu „za objev nových metod léčby malárie“, v rozhovoru se zástupcem Nobelova výboru poznamenala, že toto ocenění je drahé nejen jí, ale celému čínskému lidu. Jedná se již o třetí Nobelovu cenu za úsilí v boji proti malárii (první byla udělena v roce 1902, druhá v roce 1907).

Tu Youyouův výzkum začal v 60. letech 1947. století, kdy se ukázalo, že paraziti malárie jsou rezistentní vůči chlorochinu, aktivnímu léku zavedenému v roce 2000. Tu Youyou, který vedl výzkumný tým v Institutu tradiční medicíny v Pekingu, si kladl za cíl najít rostliny s antimalarickou aktivitou a izolovat z nich aktivní látky. Tradiční medicína se opírala o staleté tradice, které využívaly přírodní léčivé přípravky. Byly testovány extrakty z XNUMX XNUMX rostlin, z nichž některé do určité míry potlačily růst parazitů malárie, ale míra účinku byla stále minimální.

Nakonec se dostavila řeč na běžný plevel – pelyněk roční (Artemisia annuaNěkteré experimenty s těmito rostlinami se zdály být úspěšné, jiné nevykazovaly nulový účinek. Tu Youyou, obracející se na středověké lékařské spisy, dokázal naznačit důvod takové nestability: léčivá látka rostliny se při zahřátí ničila.

Kresba pelyňku ročního (Artemisia annua) ze středověké čínské lékařské příručky z roku 1591 a její fotografie v přirozeném prostředí. Obrázek z článku Youyou Tu, 2011. Objev artemisininu (qinghaosu) a dary čínské medicíny

Tu Youyou navrhla nízkoteplotní extrakci pelyňku. Takto připravené tinktury z pelyňku skutečně zcela zastavily množení malarických plazmodií. To bylo potvrzeno na podzim roku 1971 v četných experimentech na myších a opicích. V té době, uprostřed „kulturní revoluce“, nebylo možné v Číně organizovat klinické studie. Proto se Tu Youyou a někteří její kolegové rozhodli tinkturu užívat sami. Ukázalo se, že je neškodná, takže bylo možné začít s jejím testováním na pacientech. Na začátku 70. let bylo několik pacientů léčeno tinkturou z pelyňku: v důsledku toho příznaky malárie zmizely nebo se výrazně zmírnily. Povzbuzeni těmito prvními experimenty, Tu Youyou a její skupina zorganizovali expedici a v provincii S’-čchuan našli pelyňek s nejvyšší koncentrací účinné látky. Vědci tuto účinnou látku izolovali společně s týmem z Biofyzikálního ústavu Čínské akademie věd, studovali její krystalickou a chemickou strukturu a získali ji v čištěné formě. Tato látka byla pojmenována artemisinin.

Jeho první klinické studie proběhly v provincii Hainan. Jejich výsledky byly rozporuplné: většina pacientů se uzdravila, ale na některé artemisinin neměl žádný účinek. Vědci potřebovali vytrvalost a nové, neustálé hledání: nakonec se ukázalo, že na vině bylo zastaralé zařízení, na kterém se tablety lisovaly. Bylo rozhodnuto vydávat artemisinin v kapslích. A poté lék prokázal 100% účinnost.

Do roku 1980 bylo v Číně pomocí nového léku vyléčeno několik tisíc pacientů. Světová komunita se však o tomto novém léku dozvěděla až na začátku 80. let, kdy se o něm objevily první publikace v angličtině. V následujících letech syntetizovala Tu Youyouova skupina dihydroartemisinin, stabilnější a účinnější derivát artemisininu. O dvacet let později WHO konečně uznala artemisinin jako hlavní léčbu malárie.

V kombinaci s artemisininem se používají další léky. To je nezbytné kvůli schopnosti malarických parazitů rychle si vyvinout rezistenci vůči lékům. Pokud je parazit vystaven dvěma látkám s různými mechanismy poškození najednou, pak se pravděpodobnost rezistence vůči nim výrazně snižuje. Programy WHO jsou primárně zaměřeny na zákaz léčby malárie čistým artemisininem – jinak se tento lék, i když je stále účinný, brzy ukáže jako zbytečný, jak se již stalo v některých oblastech Kambodže a Laosu.

Zdroje:
1) WC Campbell, RW Burg, MH Fisher, RA Dybas. Objev ivermektinu a dalších avermektinů // Řada ACS Symposium1984. Svazek 255.
2) Andy Crump, Satoshi Ōmura. Ivermektin, „zázračný lék“ z Japonska: perspektiva lidského použití // Proc Jpn Acad Ser B. Phys. Biol. Sci. 2011. V. 87. S. 13–28.
3) Youyou Tu. Objev artemisininu (qinghaosu) a dary čínské medicíny // Nature Medicine. 2011. V. 17. S. 1217–1220.
4) Liwang Cui, Xin-zhuan Su. Objev, mechanismy účinku a kombinovaná terapie artemisininu // Expert Rev. Anti Infect. Ther. 2009. V. 7. S. 999–1013.
5) Otázky a odpovědi k rezistenci na artemisinin – „otázky a odpovědi“ o artemisininu na webových stránkách Světové zdravotnické organizace.