เบื้องหลังวิทยาศาสตร์

ศิลปะแห่งการสร้างยาใหม่​

นักวิทยาศาสตร์มักได้รับการยกย่องในด้านความเป็นกลาง ความมุ่งมั่น และความคิดเชิงวิเคราะห์ ​
แต่สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมมีร่วมกันก็คือ พวกเขาคิดเหมือนศิลปิน และสำหรับผู้ที่สร้างยาที่เปลี่ยนแปลงชีวิต ​
กระบวนการของพวกเขาเป็นศิลปะมากพอๆ กับวิทยาศาสตร์​

โดย ซาจิ ฟูจิโมริ | ธันวาคม พ.ศ. 2564

การค้นพบยาไม่ใช่เรื่องง่าย โดยเฉลี่ยแล้วต้องใช้เวลานานเกือบสิบปีในการผลิตยาใหม่ และน้อยกว่า 10% ของผู้คิดค้นเดินทางไปถึงเส้นชัย นั่นคือ การเข้าถึงผู้ป่วย แต่ในการเดินทางที่ยาวนานนี้ นักวิทยาศาสตร์จะบอกคุณว่าการใช้ความคิดสร้างสรรค์ สัญชาตญาณ และการคิดนอกกรอบเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของพวกเขา แม้ว่าเครื่องมือและเทคโนโลยีอื่นๆ จะเป็นสิ่งสำคัญในการพัฒนายาในปัจจุบัน แต่ความคิดสร้างสรรค์ของมนุษย์คือหัวใจของการก้าวข้ามขีดจำกัดใหม่ๆ

ชุดเครื่องมือของศิลปิน

Caroline Blakemore เป็นนักเคมีด้านยาที่ไฟเซอร์ ซึ่งช่วยออกแบบยาโมเลกุลขนาดเล็กที่สร้างขึ้นจากการสังเคราะห์ทางเคมี ซึ่งเป็นกลุ่มยาที่ใช้กันมากที่สุด เช่น​ยาเม็ด, ยาทาภายนอก, และยาฉีดเข้าเส้นเลือดดํา (IV) เมื่อออกแบบสารประกอบตัวใหม่ นักวิทยาศาสตร์ยังต้องออกแบบวิธีการใหม่เพื่อนําโมเลกุลเหล่านี้มารวมกันผ่านปฏิกิริยาทางเคมี เช่นเดียวกับที่ศิลปินใช้แปรง สี และวัสดุอื่นๆ ในการสร้างผลงาน Blakemore กล่าวว่าการมี "ชุดเครื่องมือสังเคราะห์" ที่หลากหลายของวิธีการเหล่านี้ หรือปฏิกิริยาเคมี เป็นกุญแจสำคัญในการสร้างยารักษาโรคใหม่ๆ​ 

Blakemore เพิ่ง​ความคิดสร้างสรรค์ของเธอในการช่วยออกแบบยาตัวใหม่เพื่อรักษาโรคตับคั่งไขมันที่ไม่ได้เกิดจากแอลกอฮอล์ที่มีภาวะตับอักเสบ (NASH)​ ซึ่งเป็นรูปแบบที่รุนแรงที่สุดของโรคไขมันพอกตับ ทีมของเธอมีสารประกอบที่มีศักยภาพ แต่พวกเขาเจอปัญหา พวกเขาต้อง​คิดค้นวิธีใหม่ในการเพิ่มหน่วยเคมีชนิดหนึ่งที่เรียกว่า heterocycle เข้าไปในโครงสร้างของยา​

หลังจากการทดลองนานหลายเดือน ทีมของ Blakemore ได้พบกับทางออก "ความคิดสร้างสรรค์ของเราแสดงออกมาในการออกแบบยาไม่ใช่เพียงแค่ตัวมันเอง แต่ยังเป็นกระบวนการใหม่หรือชุดเครื่องมือในการพัฒนายานี้ด้วย" เธอกล่าว "และวิธีการนี้ไม่เพียงแค่ทำให้เราสามารถสร้างสารประกอบตัวหนึ่งที่เราสนใจได้เท่านั้น เรายังสามารถสร้างสารประกอบที่เกี่ยวข้องอื่นๆ ในปริมาณมากได้อีกด้วย จากนั้นเราสามารถทดสอบทั้งหมดเพื่อดูว่าสารประกอบใดมีศักยภาพมากที่สุดในการกลายเป็นยา"​

สัญชาตญาณของศิลปิน

การออกแบบยามักถูกเปรียบเทียบกับการสร้างกุญแจเพื่อใส่ในแม่กุญแจ กุญแจคือยา และแม่กุญแจคือโปรตีน เช่น เอนไซม์ ตัวรับ หรือเป้าหมายอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับโรค นักวิทยาศาสตร์พยายามสร้าง "กุญแจ" ที่สมบูรณ์แบบซึ่งเมื่อใส่ลงไปใน "แม่กุญแจ" แล้วจะมีผลทางชีวภาพที่ต้องการในร่างกาย ตัวอย่างเช่น ยาที่ต่อสู้กับมะเร็งอาจทำปฏิกิริยากับโปรตีนที่กระตุ้นการเติบโตของเซลล์มะเร็ง "หากเราพบวิธีผูกกับโปรตีนนั้นและหยุดการทำงานของมัน เราจะสามารถหยุดการเจริญเติบโตของเนื้องอกหรือทำให้มันถดถอยได้" Adam Gilbert ผู้อำนวยการอาวุโส และหัวหน้าแผนกออกแบบการสังเคราะห์ที่ไฟเซอร์กล่าว​

แต่ความท้าทายในด้านการออกแบบยาไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การหากุญแจที่ถูกต้อง ยังมีปัญหาด้านการนำส่งยา: ยาจะเข้าสู่ร่างกายของผู้ป่วยอย่างไร ผ่านทางยาเม็ด ยาทาภายนอก หรือการฉีดผ่านทางหลอดเลือดดำ? ยาจะไปยังจุดที่ต้องการได้หรือไม่? ปลอดภัยหรือไม่? ยาคงอยู่ในร่างกายนานพอหรือนานเกินไปหรือไม่? ยามีปฏิกิริยากับยาอื่นๆ หรือไม่? และยาสามารถผลิตได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายในปริมาณมากได้หรือไม่?​

และการรวมปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อสร้างยาเป็นศิลปะ "พูดง่ายๆ ก็คือ มันยากมากๆ" Gilbert กล่าว แต่ผู้ที่เป็นนักออกแบบยาที่เก่งๆ มักมี "สัญชาตญาณทางเคมี" มันคือการผสมผสานของประสบการณ์ การอ่านวารสารวิทยาศาสตร์ และสัญชาตญาณสำหรับสิ่งที่ทำให้เกิด "โมเลกุลที่งดงาม" ซึ่งเป็นยาที่มีศักยภาพ มีประสิทธิภาพ และปลอดภัย สิ่งสำคัญอีกอย่างคือการมีความคิดทางวิทยาศาสตร์ที่ดี​

การสร้าง “ผลงานชิ้นเอก” อย่างรวดเร็ว

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2563 ในขณะที่ไวรัส COVID-19 ระบาดไปทั่วโลก ดาฟิดด์ โอเว่นและทีมผู้เชี่ยวชาญด้านการค้นพบยาที่ไฟเซอร์ได้รับความท้าทายในชีวิต ในออกแบบยาเม็ดที่สามารถกำจัดไวรัส SARS-CoV-2 ได้

พวกเขามีจุดเริ่มต้นที่ดี การศึกษาขั้นต้นในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่า สารประกอบทดลองที่พัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2546 เพื่อต่อสู้กับการแพร่ระบาดของ SARS ในประเทศจีนสามารถใช้กับ SARS-CoV-2 ได้เช่นกัน แต่สูตรก่อนหน้านี้ถูกสร้างขึ้นเป็นการรักษาโดยการฉีดเข้าเส้นเลือดดำ ซึ่งหมายความว่าผู้ป่วยจะต้องเข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลหรือคลินิกเพื่อรับยา

นักวิทยาศาสตร์ของไฟเซอร์ได้รวมพลังกันอย่างรวดเร็วเพื่อออกแบบยาเม็ดที่ง่ายต่อการใช้สำหรับผู้ป่วยที่บ้าน ซึ่งเป็นตัวพลิกสถานการณ์ที่อาจช่วยต่อสู้กับการระบาดใหญ่​

และในที่นี้ Owen กล่าวว่าการออกแบบยาคล้ายกับการแต่งเพลง นักประพันธ์เพลงมีโน้ตจำนวนจำกัดที่สามารถจัดเรียงให้เป็นเพลงยอดนิยมได้ เช่นเดียวกันนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เพียงไม่กี่ธาตุจากตารางธาตุในการสร้างยา "เราจัดเรียงธาตุแปดตัวเหล่านี้ให้เป็นโมเลกุลใหม่ทุกครั้ง ยังมีเพลงยอดเยี่ยมอีกมากมายที่ต้องเขียน และหวังว่าจะมีโมเลกุลใหม่ที่ยอดเยี่ยมเช่นกัน" เขากล่าว​

ธาตุที่ใช้สร้างยาที่พบมากที่สุดแปดตัว:​ C, H, N, O, S, F, Cl และ P

ส่วนสำคัญของกระบวนการออกแบบของพวกเขาคือการมองเห็นเป้าหมายของยา (แม่กุญแจ) ซึ่งก็คือ SARS-CoV-2 protease ด้วยเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยของไฟเซอร์ พวกเขาได้สร้างภาพ X-ray crystallography ของเอนไซม์นี้ที่ไวรัสใช้ในการจำลองตัวเอง "นี่คือที่ที่วิทยาศาสตร์มาพบกับศิลปะ" Owen กล่าว "มันกลายเป็นภาพที่เราเห็นอะตอมและโมเลกุลที่เล็กจนเราไม่สามารถจินตนาการได้ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของความสามารถของเราในการออกแบบโมเลกุลที่ดีขึ้น"​

นักวิทยาศาสตร์เร่งพัฒนายาต้านไวรัสที่สามารถกำหนดเป้าหมาย SARS-CoV-2 protease ​(แผนผังจำลอง แสดงที่นี่)

และด้วยทีมงานที่พร้อมทำงานตลอด 24 ชั่วโมง พวกเขาสามารถผลิตสารประกอบที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพภายในสี่เดือน ซึ่งเป็นความเร็วที่ไม่เคยมีมาก่อนในการพัฒนายาใหม่​

ยาต้านไวรัส COVID-19 กำลังอยู่ในขั้นการทดลองทางคลินิกเพื่อนำมาใช้เป็นอีกเครื่องมือในการต่อสู้กับการระบาดใหญ่​

“ความคิดสร้างสรรค์ต้องใช้ความกล้าหาญ”

Henri Matisse​

ในการแสวงหาการรักษาใหม่เพื่อช่วยผู้ป่วย นักวิทยาศาสตร์เหมือนศิลปินต้องไม่กลัวที่จะผลักดันเข้าสู่พื้นที่ใหม่ๆ "มีภาระหนักอึ้งที่ต้องค้นพบยารักษาโรคใหม่ๆ ผู้ป่วยกำลังรอคอย" Allerton กล่าว "เรากำลังตัดสินใจอยู่ตลอดเวลาว่าจะทำอะไรต่อไปโดยไม่มีคำตอบทั้งหมด เส้นทางสู่การคิดค้นนวัตกรรมใหม่ๆ ไม่เคยชัดเจน มันต้องใช้ทีมงานที่มีความสามารถที่หลากหลายและนักวิทยาศาสตร์ที่มีความยืดหยุ่น"​