Φανταστείτε έναν κόσμο όπου τα νέα φάρμακα θα είναι διαθέσιμα πιο γρήγορα, με μεγαλύτερη ασφάλεια. Αυτό προσπαθούν να πετύχουν οι ερευνητές σε μερικά από τα κορυφαία πανεπιστήμια του κόσμου χρησιμοποιώντας τη νέα τεχνολογία. Σημαντικοί παράγοντες που καθιστούν τη νέα τεχνολογία απαραίτητη είναι η γρηγορότερη και ασφαλέστερη έρευνα καθώς και η αποτροπή των πειραμάτων σε ζώα. Επιμέλεια: Μάρθα Βασίλη

Σύμφωνα με την British Pharmaceutical Industry, μπορεί να χρειαστούν έως και 12 χρόνια και μέχρι 7 δισεκατομμύρια δολάρια για την έρευνα, ώστε ένα νέο φάρμακο να εισαχθεί στην αγορά. Για το ένα φάρμακο, μπορεί να δοκιμαστούν 25.000 χημικές ουσίες, 25 πιθανές εκδοχές θα δοκιμαστούν κλινικά σε ανθρώπους και μόνο ένα από αυτά θα διατεθεί στην αγορά από μια εταιρεία φαρμάκων. Επίσης ακόμα και όταν ένα φάρμακο φτάσει στον ασθενή υπάρχει ικανή πιθανότητα να αποσυρθεί λόγω παρενεργειών. Η χρονοβόρα αυτή διαδικασία έχει ονομαστεί από την επιστημονική κοινότητα «φαρμακευτική εποχή των παγετώνων» – μια εποχή που απαιτεί ολοένα και περισσότερη έρευνα, αλλά προσφέρει λιγότερα φάρμακα στην αγορά.

Για μερικούς, η αιτία για αυτό το «πάγωμα» οφείλεται στην εμμονή της φαρμακευτικής βιομηχανίας για συγχωνεύσεις και εξαγορές ή και σε έναν πολιτισμό που αναστέλλει την καινοτομία. Για άλλους, το πάγωμα είναι ένα σημάδι ότι απλά, ίσως δεν υπάρχουν πολλές χημικές ενώσεις που μπορούν να αλληλεπιδρούν με το σώμα ώστε να έχουν μια θετική επίδραση.

Αν και οι δοκιμές σε ζώα αποτελούν απαραίτητη προυπόθεση για κάθε νέο φάρμακο, παραμένουν ένας αρκετά απρόβλεπτος οδηγός για το πώς το φάρμακο θα αντιδράσει σε ανθρώπους. Οι επιστήμονες προσπαθούν με τη νέα τεχνολογία να μειώσουν τον χρόνο της έρευνας αλλά ταυτόχρονα να σταματήσουν τις δοκιμές αυτές.

Έτσι, ακαδημαικοί, από τον κλάδο των υπολογιστών και της βιολογίας, δημιουργούν mini-ανθρώπινες καρδιές σε εργαστήρια και ένα μοντέλο του ανθρώπινου βιολογικού συστήματος προσπαθώντας να το ενσωματώσουν σε ένα τσιπ.

Ο τρόπος θα είναι εικονικός και θα δείχνει πως μια χημική ουσία αλληλεπιδρά με το ανθρώπινο σώμα. Ελπίζουν να το καταφέρουν αυτό, στο σημείο όπου ένα φάρμακο θα μπορούσε να κηρυχθεί απόλυτα ασφαλές.

Η Dr Kathryn Chapman, επικεφαλής καινοτομίας στο NC3Rs, το Εθνικό Κέντρο για την αντικατάσταση, και μείωση των ζώων στην έρευνα, λέει: «Υπήρξε μια φαρμακευτική εποχή των παγετώνων κατά τα τελευταία 20-25 χρόνια. Έτσι, προσπαθούμε να βρούμε νέους τρόπους έρευνας, οι παλιοί τρόποι δεν λειτουργούν πλέον,  βέβαια, το πρόβλημα με όλες αυτές τις νέες τεχνολογίες είναι το πώς υπάρχει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα».

Ο καθηγητής Donald Ingber, ιδρυτικός διευθυντής του Ινστιτούτου Wyss του Χάρβαρντ, είναι ένας από τους πρωτοπόρους της έννοιας «οργάνο σε ένα τσιπ», και εξηγεί ότι το τσιπ θα περιέχει κομμάτια ανθρώπινων κύτταρων και  υγρά που είναι απαραίτητα για να μιμηθεί η πολυπλοκότητα της ανθρώπινης φυσιολογίας σε ένα ενιαίο, διάφανο μικρό κομμάτι από εύκαμπτη σιλικόνη στο μέγεθος ενός USB stick.

Τα τσιπ με το ανθρώπινο υλικό, θα μπορεί να συνδέεται σε κάποιο άλλο με διαφορετικά κύτταρα, δημιουργώντας ένα «ανθρώπινο τσιπ», όπου οι πνεύμονες, το συκώτι, τα έντερα, το δέρμα, τα νεφρά και τα μάτια μπορούν να ενσωματωθούν ώστε να προσομοιώσουν ένα ολόκληρο σώμα που θα αλληλεπιδρά με ένα νέο φάρμακο.

«Κατά τα τελευταία 15-20 χρόνια, έχει υπάρξει μια δραματική αύξηση των αποτελεσμάτων από την βιοϊατρική έρευνα», λέει ο Richard Seagrove, επικεφαλής της επιχειρηματικής ανάπτυξης στο Wellcome Trust. «Ωστόσο, αυτό δεν οδήγησε σε μια εξίσου δραματική αύξηση των νέων φαρμάκων αποδεδειγμένα. Η αύξηση παραμένει στατική στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ».

«Οι δοκιμές φαρμάκων στα ζώα μπορούν να αποτύχουν πολύ συχνά να προβλέψουν πως θα λειτουργήσουν τα φάρμακα στους ανθρώπους. Διαφορετικά είδη ζώων μπορεί να μας δώσουν διαφορετικές απαντήσεις ως προς το αν ένα φάρμακο είναι τοξικό για τον άνθρωπο. Ποιο από τα δύο εμπιστεύεστε; Πολλά καλά φάρμακα δεν έχουν αξιοποιηθεί λόγω αυτού» λέει η Geraldine Hamilton, η οποία εργάζεται με τον Ingber για την ανάπτυξη της τεχνολογίας και την εμπορευματοποίηση της.

Μέχρι τώρα, η πολυπλοκότητα των τσιπ σήμαινε ότι έπρεπε να γίνονται με το χέρι, περιορίζοντας τον αριθμό τους. Τώρα σε συνεργασία με τη Sony, η ομάδα έρευνας στοχεύει στην κλιμάκωση της παραγωγής. Η Hamilton πιστεύει πως αυτό είναι το κλειδί να μετατραπεί η εν λόγω τεχνολογία σε βιομηχανία.

Οι συνέπειες αυτού του γεγονότος είναι σημαντικές. Για παράδειγμα, θα αναπτύσσουν ένα φάρμακο για τον καρκίνο που ήδη δοκιμάζεται σε ανθρώπινα κύτταρα και από τις αρχικές δοκιμές θα αντιλαμβάνονται πως θα λειτουργεί σε κύτταρα πλήρους μεγέθους.

«Οι mini-καρδιές, είναι ένα πραγματικό βιολογικό σύστημα που παρέχει σχετικές απαντήσεις για τις προσπάθειες ελέγχου των φαρμάκων. Ο εικονικός έλεγχος των φαρμάκων αντιμετωπίζει τεράστιες προκλήσεις σε τέτοια πολύπλοκα συστήματα. Ωστόσο, πρόκειται για έναν τομέα που εξελίσσεται ταχύτατα με την ανάπτυξη των μαθηματικών και υπολογιστικών προσεγγίσεων μοντελοποίησης».

Οι ερευνητές του Τμήματος Επιστήμης Υπολογιστών πιστεύουν ότι έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στη χρήση των εικονικών υπολογιστικών μοντέλων για την προσομοίωση καρδιακών κύτταρων και τελικά για το δέρμα, τα κύτταρα του εγκεφάλου, και ολόκληρα όργανα, για την ταχύτερη και ακριβέστερη δοκιμή της τοξικότητας των φαρμάκων σε πρώιμο στάδιο.

Εικονικά υπολογιστικά μοντέλα περιλαμβάνουν μία μεγάλη συλλογή εξισώσεων που περιγράφουν πως τα συστατικά ενός κυττάρου αλληλεπιδρούν με  τα συστατικά ενός άλλου και με φυσικές ποσότητες, όπως η τάση της μεμβράνης ή οι συγκεντρώσεις των χημικών ουσιών, όπως το ασβέστιο και το κάλιο του κυττάρου.

«Θα μπορεί κανείς να είναι σε θέση να χρησιμοποιήσει τα δικά του βλαστικά κύτταρα για να ελεγχθούν οι παρενέργειες η βελτιώσεις που μπορεί να υπάρξουν από φάρμακα στον κάθε οργανισμό ξεχωριστά. Η εξέλιξη αυτή θα είναι μια μαζική στροφή στην επιστήμη» λέει ο Richard Seagrove.