מאז סוף המאה ה־19 שיפרה הרפואה במידה רבה את איכות החיים ואת תוחלת החיים בעקבות גילויין - בדרך של ״ניסוי וטעיה״ - של התרופות המודרניות. עתה עובר פיתוח התרופות לעידן ״הגישה הרציונלית״. ברפואה הרציונלית תותאם לכל מטופל תרופה בהתאם למאפייניו הגנטיים.
בשנת 1929 גילה אלכסנדר פלמינג (Fleming) כי פטריית העובש פניציליום מפרישה חומר אנטיביוטי, דהיינו - חומר המסוגל להרוג חיידקים, וביניהם חיידקים גורמי מחלה, כגון סטפילוקוקים הגורמים לזיהום של פצעים. בסוף שנות ה־30׳ של המאה העשרים הצליחו הווארד פלוריי וארנסט צ׳יין (Florey, Chain) לבודד ולנקות מפטריית העובש את החומר האנטיביוטי, שנקרא על שם פטריית העובש: פניצילין. עם גילוי הפניצילין, בחברות תרופות רבות ברחבי העולם הוקמו יחידות לגילוי תרופות אנטיביוטיות חדשות שיפעלו כנגד חיידקים שונים. מספר שנים מאוחר יותר, כשהתרחב הידע אודות המבנה הביוכימי של חיידקים, הוברר כי חלבונים השוכנים על־גבי הקרומיות (ממברנות) של תאי החיידקים יכולים לשמש כאתרי קישור לתרופות המכוונת כנגד חיידקים אלה.
מספר התרופות שניתן לפתח על סמך המבנה הביוכימי של חיידקים הוא בסך־הכל מוגבל. המצב אמור להשתנות מן הקצה אל הקצה הודות לפענוח הגנומים של החיידקים הפתוגניים, גורמי המחלות. עד כה נקבע הרצף הגנטי השלם של למעלה מ־20 חיידקים שונים, כך שבחיידקים אלה כל הגנים ותוצריהם מהווים עתה אתרים אפשריים להתקפה על ידי תרופות. עם פענוח רצפי כל הגנים בחיידקים אלה ניתן לקבוע מהם תפקודי הגנים השונים בחיידק. עם זיהוי האתר בחיידק המאפשר לו להיקשר לחלבונים של תאי גופנו ולפגוע בהם, ניתן לייצר תרופה שתמנע התקשרות כזו. ואולם ראשית יש להשוות את רצף הגן החיידקי שאותו רוצים לתקוף בעזרת תרופה אל הגנום האנושי, כדי לוודא שלאדם אין רצף DNA דומה, שאם לא כן תפגע התרופה באדם עצמו. כדי שהשוואה שכזו תהיה שלמה יש להמתין ליישום תוצאותיו של פרויקט מיפוי הגנום האנושי.
ניתן לאתר קבוצה בה חלק מרצף הגנום זהה ובהתאם לכך לפתח תרופה אחת שתפעל כנגד קבוצת חיידקים שלמה. לתרופה שכזו יהיה שימוש נרחב יותר מאשר לתרופה המכוונת כנגד חיידק אחד בלבד. לעומת זאת, רצפי DNA נבדלים בחיידקים שונים יכולים להוות אתרי מטרה לתרופות בעלות ספציפיות רבה. לתרופות אנטיביוטיות ספציפיות יתרון לטווח ארוך: שימוש בהן מפחית את הסכנה שבהופעת זני חיידקים עמידים.
שני אתגרים עיקריים ניצבים כיום בפני מפתחי תרופות אנטיביוטיות חדישות: ראשית, יש לברר האם התקפה על הגן המסוים בחיידק אכן תגרום למות החיידק. שנית, עדיין אין דרך רגישה, מדויקת ומהירה דיה לזיהוי מין החיידק שחדר לגופנו וגורם לנו מחלה.
תרופות האנטיביוטיקה של הדור הבא תהיינה ״מעוצבות רציונאלית"; ייצרו אותן בתהליכי ההנדסה הביו־ מולקולרית, ותרופות אלו תהיינה יעילות כנגד זנים עמידים של חיידקים שהיום אין כנגדם תרופות מתאימות.
התרופה והאדם
כיום, מפתחי תרופות חדישות מנסים להבטיח יעילות מרבית של כל תרופה ולמזער את תופעות הלוואי הכרוכות בשימוש בה תוך התחשבות בשונות הגנטית שבין החולים. בחקר התגובה לנטילת תרופה מסוימת, התחשבות בשונות הגנטית שבין החולים תאפשר ״לתפור" לכל חולה את התרופה המתאימה לו ביותר, ולקבוע את המינון המיטבי לגביו. לשם כך מרוכז מאמץ בבניית מאגר נתונים מקיף של כלל השונות הגזעית בין בני־האדם, תוך התמקדות מיוחדת בשוני הנובע מהבדלים בנוקליאוטידי־DNA בודדים (פולימורפיזם של נוקלאוטיד בודד, SNP). במאגר זה מחפשים המדענים צירופי SNPs המופיעים תמיד באנשים שלהם תכונה או מחלה מסוימת.
לדוגמה: שני חלבונים מהווים אתרי־מטרה לתרופה Zileuton הניתנת לחולי אסטמה. הבדלים גנטיים קלים בחולים שונים, המתבטאים בהבדלים קטנים בחלבוני המטרה, משפיעים על יעילות התרופה. במהלך הניסוי הקליני שנערך לבחינת התרופה התברר כי ב־3% מן הנבדקים היא גרמה נזק חמור לכבד. התברר כי באותם הנבדקים שבהם נגרם נזק לכבד יש צירוף נוקליאוטידים אופייני, המתבטא בנוכחות של שני אנזימים הפועלים על התרופה בכבד והופכים אותה לחומר רעיל. גילוי עובדה זו ופיתוח מבדק לאבחון מקדים של חולים בהם מתבטאים גנים אלה, יצמצמו את הקף הפגיעה על ידי התאמה אישית של התרופה לכל חולה. תרופה שפותחה בהתאם לצרופי SNPs מסויימים, יעילותה המרבית תתבטא באותם חולים אשר יאובחנו כבעלי צירוף SNPs זה.
בממוצע נבדלים בני האדם זה מזה באחד מכל 300 עד 1000 נוקליאוטידי־DNA בגנום. לפיכך מעריכים כי בגנום כולו (הכולל 3 מיליארד נוקליאוטידים) קיימים בין 3 ל־10 מיליון אתרי SNPs.
בגנום האדם שוכנים, על פי הערכה, כ־12,000־14,000 גנים האחראים על יצירת חלבונים המופרשים מהתאים*(ייתכן כי עתה, כשהתברר כי מספר הגנים באדם קטן מן ההערכות שהיו מקובלות מספר זה יצטמצם גם הוא במידת מה.). אם לאחוז אחד עד שניים מחלבונים אלה יכולת לתקן פעילות לקויה, הרי שבעיקרון ניתן להפיק בין 120 ל־280 תרופות חלבוניות חדשות; את מרביתן יש עדיין לגלות ולפתח. המחקר הגנטי יביא, אם כן, לקפיצת דרך בפיתוח תרופות.
פיתוח ארבע שלבי
פיתוח תרופה מודרנית נעשה בארבעה שלבים:
- השלב הראשון: נקבע אתר מסרה בגוף כלפיו ניתן לפתח תרופה.
- השלב השני: מאות אלפי מולקולות קסנות נבדקות כנגד אתר מסרה נבחר. מזוהות אלו שביכולתן להיקשר לאתר מטרה זה ונבדקת ההשפעה עקב קישור זה.
- השלב השלישי: הוא השלב הארון ביותר, ובו מושקע עיקר המאמץ. זהו שלב האופטימיזציה. בשלב זה מנסים לשפר ככל האפשר את הזיקה, הסלקטיביות ואת תגובת מערכות הגוף לתרופה. כמו כן פועלים להפחתת כל השפעה רעילה של התרופה.
- השלב הרביעי: שלב הבדיקות הקדם־קליניות והקליניות. בסופו נקבעת הכמות המומלצת של התרופה לטיפול במחלה.
הימור ממוחשב על תרופות
בשל המספר העצום של חומרים אורגניים הידועים למדע כיום לא ניתן לבדוק כל חומר ולקבוע מה הפוטנציאל לפתח ממנו תרופה. על החוקרים ״להמר" על החומר שלדעתם טמון בו פוטנציאל כזה. בעזרת שיטות מיחשוב צופים התנהגות של חומרים מציאותיים או וירטואליים, וכך ניתן לדחות באורח מהיר ויעיל חומרים שמתבררים כמועמדים חלשים לתרופה עתידית, וזאת עוד לפני שמשקיעים זמן־מחקר וכסף ביצירתם ובבחינתם בפועל. שיטות המיחשוב מתבססות על שני מאגרי מידע: האחד כולל את החומרים הידועים כבעלי תכונות רפואיות, בעוד שבשני נכללים חומרים הידועים כחסרי תכונות רפואיות. שיטות מיחשוב אלו מהירות עד כדי סיווג ראשוני של מאה חומרים שונים בכל שניה. ואולם, סיווג על סמך דמיון לחומרים מוכרים שכבר סווגו עלול להטעות כשמדובר בחומרים חדשים לגמרי. כך, למרות השימוש בשיטות מתקדמות עדיין ימצאו חומרים שינופו רק בשלב מתקדם של המחקר ואחרים שיאבדו במאגר החומרים שאינו מתאים להמשך פיתוח למרות שטמון בהם פוטנציאל חשוב לתרופה עתידית.
רוב תוצרי הגנים של יצור־חי אשר רצף ה-DNA שלו פוענח הם בחזקת תוצרים "היפותטיים", שאין עדיין עדות ישירה לקיומם, ושלא ניתן לקבוע את תפקודם. במקרים כאלה יש חשיבות רבה למחקר המבני: לאחר קביעת רצף ה-DNA של יצורים חיים שונים. משווים את מבנה החלבונים ה״היפותטיים״ - רצפים דומים מרמזים על תפקוד חיוני משותף בכל אותם יצורים חיים. לפיכך, מתמקדים החוקרים בחלבונים אלה בחפשם אחר אתרי מטרה כלפיהם יכוונו התרופות החכמות, העתידיות. דוגמה לכך ניתן לראות בניסיון לאפיין מנגנוני פעולה במוח ולאתר בהם אתרי מטרה מתאימים לפעולת התרופה. תרופות שאתר המטרה שלהן ממוקם במערכת העצבים המרכזית, במוח, חייבות לעבור את המחסום אשר מפריד בין הדם לבין רקמת המוח, אלא אם כן מדובר בחומרים המוחדרים ישירות למוח או בחומרים הנשאפים דרך האף. שיטות מיחשוב מנסות כיום להגדיר את המבנה של תרופה שיכולה לחדור מזרם הדם למוח דרך המחסום.
הרצפטין - תחפה היסטורית
הנדסה ביו-מולקולרית תהפוך ללא ספק לתחום חשוב בעתיד הקרוב. ביו-מולקולות אחדות שעברו תהליך של הנדסה גנטית נכנסו לשלב של ניסויים קליניים, וחלקן נמצאות כבר בשימוש. מהן נזכיר את ההרצפטין (Herceptin), תרופה המשמשת לטיפול בסרטךהשד. זוהי התרופה הראשונה שעוצבה בגישה של הנדסת ביו-מולקולות ואשר אושרה לשימוש, בשנת 1988, על־ידי המשרד האמריקאי למזון ותרופות, ה-FDA. לאחרונה היא אף הוכנסה לסל הבריאות בארץ, אף שהיא ניתנת רק לאחר מיצוי הטיפול הכימותרפי המקובל.
הטיפול הכימותרפי בסרטן החל בשנת 1940, בעקבות ההבנה שתרופות שיגרמו לשינוי ב-DNA של תאים מתחלקים תהיינה יעילות כנגד תאים סרטניים, תאים שקצב חלוקתם גבוה בהרבה מזה של תאי הגוף הבריאים. ב־20 השנים האחרונות התרחשה מהפכה בטיפול הכימותרפי הניתן לחולי סרטן: זוהו אתרי פעולה בתאים סרטניים, שכלפיהם ניתן לכוון תרופות. התפתחות הביולוגיה המולקולרית אפשרה זיהוי של גנים המעורבים בתהליך הסרטני ופענוח המנגנונים הגורמים לתא תקין להפוך לתא סרטני. אונקוגנים הם גנים שאחראים על גדילה מבוקרת של תאי הגוף: בעקבות פגם בהם הופכת הגדילה בלתי מבוקרת, סרטנית. עם גילוי האונקוגנים התברר כי למידע האצור בגנים יכול להיות ערך רפואי־טיפולי, להכוונת תרופות לאתרי מטרה ספציפיים בתא.
פיתוח ההרצפטין התבסס על חקר האונקוגנים. בשנת 1985 התגלה גן שזכה בכינוי 2-HER ב־1987 פוענח הקשר שבין ביטוי־יתר של גן זה, ועודף התוצר שלו, לבין סרטךהשד. חברת Genentech האמריקאית פיתחה תרופה הפועלת באופן סלקטיבי על תאי גידול בהם מופיע חלבון הנוצר על־ידי מופע (אלל) פגום של הגן 2-HER.
כפי שפיתוח התרופה הרצפטין התבסס על גילוי מעורבותם של אונקוגנים בתהליך הסרטני, כך פיתוח התרופה טמוקסיפן (Tamoxifen) התבסס על גילוי ההשפעה שיש להורמון המין הנקבי אסטרוגן על הגידול הסרטני. אבחון מדויק של סוג הסרטן על־פי סמנים גנטיים מהווה כיום תנאי חשוב להתאמת סוג הטיפול היעיל ביותר לכל חולה באופן אישי; כך נעשה הדבר היום באבחון סרטן־השד. לפני מתן הטיפול הכימי מוציאים באמצעות ביופסיה דגימה של הרקמה הנגועה ובה בודקים את כמות קולטני האסטרוגן ואת מצבו של הגן 2-HER. כאמור, בחולים שאין בהם רמה גבוהה של קולטנים לאסטרוגן ולא פעילות לקויה של הגן 2-HER הטיפול בשתי התרופות הללו לא יעיל. מהווה גורם עיקרי ביכולתם של תאים סרטניים להפוך לעמידים כנגד טיפול כימותרפי: חסרונו המוחלט או החלקי של התוצר החלבוני של גן זה הופך תאים סרטניים לעמידים. עתה מנסים החוקרים להחדיר באופן מלאכותי את החלבון שהוא תוצר הגן לתאי גידול שבהם הוא חסר, או להכין תרכיב חיסון המכוון כנגד התאים החסרים פעילות של חלבון זה.
ואולם, לא הכל נטול בעיות: אחת הבעיות הניצבות בפני הכימותרפיה היא חוסר יציבות גנטית של תאי הסרטן - חוסר יציבות זה פירושו שהגידול יכול לפתח עמידות בפני התרופות. בעיה זו מקשה גם על הערכת יעילותן של התרופות הכימותרפיות ותרומתן להישרדות החולים־המטופלים.
מיכל קאופמן היא תלמידת מחקר במחלקה לאנטומיה באוניברסיטת תל אביב בשיתוף מכון וייצמן למדע.
פורסם ב"גליליאו" 44, מרץ-אפריל 2001
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה