תרופה ביולוגית

תרופה ביולוגית (המכונה גם "טיפול ביולוגי" או "טיפול ממוקד") היא כינוי לדור חדש של תרופות, המפותחות בגישות רפואיות מודרניות ומבוססות על ביולוגיה מולקולרית. פיתוח התרופות הביולוגיות מבוסס על ניתוח ופענוח של המנגנונים המולקולריים המעורבים בהיווצרותה של מחלה מסוימת, או בהחמרתה. על פי רוב, מטפלת התרופה הביולוגית במנגנון יחיד ולא בכל מנגנוני המחלה גם יחד. השימוש בתרופות ביולוגיות נפוץ במחלות כגון דלקת מפרקים, מחלות אוטואימוניות, סוגים רבים של סרטן (כדוגמת מיאלומה נפוצה) ועוד. החוקר הגרמני-יהודי פאול ארליך היה הראשון להעלות את רעיון התרופות לטיפול ממוקד בבעיה גופנית, אותו כינה "כדור קסם". ניסיון ראשון של טיפול בחולה באמצעות נוגדנים חד שבטיים בוצע ב-1980, בשימוש בנוגדן העכברי Muromonab-CD3 אשר יוצר בהיברידומה. זהו גם הנוגדן החד-שבטי הראשון שאושר לשימוש על ידי הFDA. ב-1983 הצליח לראשונה החוקר הישראלי שמואל קבילי, בזמן שעבד עם ארתור ריגס מהמוסד City Of Hope בקליפורניה, לייצר נוגדן בהנדסה גנטית בחיידקים. המוסד רשם על שיטת יצור הנוגדנים פטנטים שנקראים ״Cabilly Patent I,II״. הפטנט פרץ את הדרך ליצור רקומביננטי של נוגדנים כימריים וכאלו שעברו הומניזציה בתאים וכך להוביל ליצור תעשייתי של נוגדנים חד שבטיים לתעשיית התרופות. הנוגדנים החד שבטיים הכימריים או ההומניים היוו את אחת הגישות הראשונות שפותחו שמשמשות בפיתוח וייצור תרופות ביולוגיות, תרופות אלה נחשבות לתרופות הביולוגיות הראשונות בשל מטרתן הממוקדת, בנוסף ליכולתם לפעול בגוף המטופל למשך זמן ארוך יותר מכיוון שהדחיה הייתה מופחתת. המחקר הבסיסי בתחומים כמו ביולוגיה תאית, ביוכימיה, ביולוגיה מולקולרית, גנטיקה, מחזור התא, מעברי אותות ובתחומים נוספים אפשר את זיהוים של מנגנונים מולקולריים מדויקים, את זיהוי תפקידם ומשמעותם של מנגנונים אלה ואת התלות וההשפעות ההדדיות שבין מנגנונים מולקולריים שונים וזה אפשר יצירה של תרופות רבות נוספות. ראופרו, שאושרה ב-1994 היא התרופה מבוססת נוגדנים מהונדסים גנטית הראשונה שאושרה בעולם ומאז אושרו מעל 80 תרופות מבוססות נוגדנים. ערך מורחב – ביולוגיה מולקולרית קטעים ממולקולת ה-DNA משועתקים למולקולת RNA על ידי אנזימים חלבוניים. מולקולות ה- RNA יכולות להשתייך לקבוצות RNA שונות בייעודן ובאופן תפקודן. בהתאם לכך, מולקולת ה- RNA יכולה לעבור תהליכי עיבוד שונים. ייעודן של רבות ממולקולות ה-RNA (אלה המוגדרות ומעודדות להיות mRNA) הוא להנחות בנייתם של חלבונים מסוימים. מולקולות ה-mRNA מכילות מידע ספציפי לייצור חלבון מסוים. מולקולות mRNA שונות יובילו ליצור חלבונים שונים. בתא אנימלי סביר נמצאים אלפי סוגי חלבונים שונים או עשרות אלפי סוגי חלבונים שונים. חלבונים אלה מסוגלים לבצע תפקידים או תהליכים ספציפיים והם שלוקחים חלק מרכזי בביצועם של מגוון התהליכים המולקולריים המתרחשים בתא. סוגים אחרים של מולקולות RNA יכולים לבצע בעצמם ובאופן ישיר תהליכים מולקולריים מסוימים. (אחרים מלהוות מידע מנחה בייצורו של חלבון מסוים). ישנם גם מקטעי DNA שלהם משמעות אחרת מלהוות מידע מנחה בייצורן של מולקולות RNA. עקרונית תרופה ביולוגית יכולה להתערב בכל אחד מהשלבים הנ"ל במטרה להשפיע על יכולות/תכונות התא המראה שיבוש. התרופה הביולוגית יכולה להיות כל חומר המגיב ספציפית עם מולקולה תאית מסוימת, בתאים המראים תכונה/התנהגות משובשת וסביר שתהא חלבון מסוים, מקטע RNA ספציפי או מקטע DNA ספציפי. התחום של טיפול ביולוגי ממוקד באמצעות מקטעי RNA ספציפיים או מקטעי DNA ספציפיים יכול להיקרא גם ריפוי גני – (Gene Therapy). ניתן להתייחס לתחום זה כענף שטרם סיים להתפתח בתחום של התרופות הביולוגיות והוא טומן בחובו פוטנציאל רב. היות שההוצאה לפועל של רוב התהליכים בתא מתבצעת על ידי חלבונים, והיות שתהליכי ייצורם ומבנם של אלה מוביל לספציפיות גבוהה, רבות מהתרופות הביולוגיות שכבר פותחו הן מולקולות חלבוניות וסביר כי גם רבות מאלה שעוד תפותחנה תהינה מולקולות חלבוניות. חלבון הוא מולקולה המורכבת מרצף אורכי של אבני בניין. אבני הבניין המרכיבות את החלבון הן 20 חומצות אמינו שונות. כל החלבונים הקיימים בכל האורגניזמים, החל מחד תאיים, כגון החיידקים הקדומים, ועד לרב תאיים אאוקריוטים, בנויים מאותן 20 אבני בניין. 20 שיירי צד הנבדלים ביניהם בגודל, בצורה, במאפייני הידרופוביות/הידופיליות, פולריות, מטענים חשמליים ופיזורם ובתכונות כימיות אחרות מעניקים לחומצות האמינו השונות את ייחודן. בחלבונים שונים חומצות האמינו יופיעו ברצפים שונים - רצף אורכי מסוים הוא ספציפי לחלבון מסוג מסוים. חלבון לא חייב לכלול את כל חומצות האמינו השונות וייתכן כי חומצת אמינו מסוימת תופיע בו, לאורכו, פעמים רבות - בין אם בצורה עוקבת או בין אם לאו. מולקולת החלבון מתקפלת פעמים רבות ליצירת מבנה תלת־ממדי. חשוב להדגיש כי קיפולי החלבון יכולים ליצור מצב בו חומצה אמינית (א) המרוחקת אלפי חומצות אמינו מחומצה אמינית (ב) לאורך שרשרת חומצות האמינו של החלבון תהא קרובה לחומצה (ב) מבחינה מרחבית. הפוזיציה הספציפית שבסופו של דבר תהא כל חומצת אמינו ממוקמת ביחס לחברותיה בסביבתה המרחבית יוצרת "טביעת אצבע" ייחודית לאותו החלבון, או אפילו נכון יותר לומר לאותו האזור, באותו החלבון ומנקודת המבט המסוימת. מכלול חומצות האמינו המצויות באזור מרחבי מסוים של החלבון על שלל מאפייניהן הכימיים, כדוגמת אלה שהוזכרו למעלה, יחד עם מבנה הטופוגרפי המסוים שבאזור זה יוצרים מצב של התאמה ספציפית למולקולות אחרות - היינו יכולת קישור ספציפית לאזורים מסוימים במולקולות אחרות ובדרגות שונות של אפיניות. עקרונות אלה הם שגורמים לכך שהאזור הפעיל של החלבון הוא ספציפי מבחינת יעד הפעילות הסובסטרט, מבחינת חוזק הקישור לאותו היעד (אפיניות) והן מבחינת מהות הפעילות - מהות התהליך המולקולרי הספציפי אותו מבצע החלבון האמור (לדוגמה קישור לחלבון אחר והוספת קבוצת זרחה עליו או שבכך שקושר אותו מונע/מקדם כניסתו לאברון מסוים בתא או מתווך קישורו לחלבון שלישי ועוד). באופן דומה עקרונות אלה הם שיאפשרו למולקולות ספציפיות ואחרות להקשר לאזורים שונים של החלבון (לאו דווקא לאזור פעיל שלו) ובדרגות שונות של אפיניות. פעמים רבות יכולת/תופעה/התנהגות/תכונה תאית מסוימת מתקבלת כתוצאה משרשרת סדורה של תהליכים מולקולריים – שרשרת שכזאת נקראת מסלול pathway. ישנה מערכת סבוכה ביותר של השפעות גומלין בין מסלולים נפרדים. (ייתכנו מסלולים שמגבים ומעצימים אחד את השני, ייתכנו מסלולים המחלישים/משתיקים מסלולים אחרים ומסלולים שפועלים באופן סותר למסלולים אחרים). האיזון הנוכחי שבין המסלולים הקשורים לתכונה/יכולת ביולוגית מסוימת הוא שיכתיב את המצב הנוכחי ביחס לתכונה/יכולת זאת. איזון זה יכול להשתנות וליטות לצד זה או לצד אחר בזמנים שונים, בתנאים שונים ובהתאם לצרכים ונתונים סביבתיים שונים. כאמור כל מסלול כזה הוא שרשרת של תהליכים מולקולריים ותפקודה של כל חוליה בשרשרת יכול להיות קריטי להשפעתה של שרשרת זאת על תכונה/יכולת ביולוגית מסוימת של התא. כל תהליך מולקולרי שכזה הוא פעילות מדויקת המבוצעת על ידי מולקולה ספציפית. המדע הבסיסי בתחומים שהוזכרו לעיל מאפשר לגלות את הקשר בין כשל בתכונה מסוימת או תחלואה לבין ביצוע חריג או כושל של תהליך מולקולרי מסוים הנגרם כתוצאה מתפקוד חריג או כושל של מולקולה ספציפית. התרופה הביולוגית היא פתרון ספציפי ומדויק המיועד לאזן החריגה האמורה או להתגבר על הכשל האמור. הספציפיות של התרופה הביולוגיות יכולה להיות במגוון היבטים: ספציפיות למולקולה מסוימת במטרה למנוע כשל מסוים - לדוגמה החלשת פעילות של אנזים מסוים. ספציפיות לגרסה חריגה/פגומה של מולקולה מסוימת - לדוגמה גרסה מוטנטית של אנזים מסוים. ספציפיות לסוג תאים מסוים - לדוגמה תאי כליה. ספציפיות לתאים החריגים/החולים מבין כלל התאים מסוג מסוים - לדוגמה תאי כליה סרטניים בין תאי כליה נורמליים. כאשר התרופה הביולוגית "מתלבשת" על חוליה ספציפית של התא היא מובילה לשינוי מנגנוני. הבנת המנגנונים המולקולריים באמצעותם מבוקרת/מתוזמנת התנהגות תאים, כגון מסלולי מעבר אותות למיניהם יכולה להציע מגוון מנגנוני פעילות אפשריים לתרופות בילוגיות: תפקוד כליגנד ספציפי המותאם למולקולת יעד מסוימת – גיבוי או הגברה של ליגנד טבעי או של השפעה שאמורה להיות לו. תפקוד כליגנד ספציפי המותאם למולקולת יעד מסוימת וע"י כך מונע את קישורו של ליגנד אחר המצוי בגוף לאותה מולקולת היעד המסוימת – תחרותי או לא תחרותי. ... השינוי המנגנוני יכול להתבטא בייצור חלבונים שמביאים לביטוי גנים הגורמים לתא להשתכפל או להיתחרות בליגנד על קולטן. בנוסף היא פועלת על ידי התחברות לאזורים פונקציונלים באנזימים, קולטנים וחלבונים בתא בכלל וכן, בתהליך ה"down regulation", תהליך שבו התא מקטין את כמות הקולטנים או ה-RNA. דוגמאות לתרופות ביולוגיות שונות ואופן פעולתן: אווסטין - תרופה לסוגי סרטן שונים, התרופה מנטרלת את החלבון האחראי על יצירת כלי דם לאחר פציעה, דבר הפוגע בתהליך הזנתו של הגידול. וקטיביקס - התרופה נקשרת לקולטן EGF, דבר שמונע פעולות מסוימות בתא, שכתוצאה מהן נגרמת להפחתה ביכולתו של הגידול הסרטני להתפשט לאיברים אחרים בגוף ולהורדת יכולת השרידות של התא הסרטני. וולקייד (בורטזומיב) - גם תרופה זו היא תרופה נגד סרטן, התרופה מונעת מהפרוטאוזומים, שחשובים לבקרת התא ופעולותיו, להגיע לגידול וכך גורמת למותם של תאים סרטניים. אפליברספט (אייליה) - תרופה למחלות רשתית המתפקדת כמלכודת לחלבון VEGF (vascular endothelial growth factor). התרופה נקשרת באמצעות נוגדן כימי אל החלבון משני צדדיו וחוסמת את יכולתו של החלבון להיקשר לרצפטור שלו. היקשרות הנוגדן אל שני צדי החלבון מייצרת אפיניות גבוהה ואפקטיביות ביולוגית למשך 83 ימים. סוראפניב (נקסבר): תרופה לסרטן כליה במצב מתקדם, לסרטן כבד HCC, לסרטן בלוטת התריס ממוין העמיד לטיפול ביוד רדיואקטיבי. התרופה מונעת שגשוג של תאי גידול ומונעת התפתחות של כלי דם המזינים את הגידול. סוראפניב מעכבת את פעולת האנזים טירוזין קינאז המעודד חלוקה מהירה של תאי הגידול, ועוצרת התפתחות של כלי דם חדשים הסובבים את הגידול ובכך פוגמת באספקת החמצן והמזון לגידול. התהליך הסרטני הוא תהליך מורכב שבדרך כלל מתקדם בשלבים. תא סרטני נדרש בדרך כלל להיות חריג ביחס למגוון תכונות, לדוגמה אובדן בקרות ביחס למחזור התא כלומר ביחס לקצב ההכפלות שלו, אובדן יכולת האפופוטוזיס (יכולת של התא להוביל להרג עצמו), אובדן הבקרה על קצב הכפלות התא כתלות בצפיפות תאים שכנים, היכולת להעלים כשלים שכאלה ממערכת החיסון, היכולת למשוך יצירת כלי דם נוספים להזנת הגידול, היכולת להתנתק מהגידול ולהגר למקומות אחרים, היכולת להמשיך להתחלק במקומות שונים בגוף ועוד. כאמור כל יכולת או תכונה שכזאת יכולה להיות מושפעת ממגוון מסלולים וכאמור כל מסלול שכזה מורכב משרשרת של תהליכים מולקולריים ספציפיים. בנוסף השפעתו של מסלול מסוים על תכונה או יכולת מסוימת יכולה להיות שונה ואף הפוכה לגמרי בין תאים מסוגים שונים (אפילו בגוף של אותו פרט). היות שבתהליך הסרטני מעורבים בדרך כלל מס' כשלים, ייתכן במקרים מסוימים כי התרופה הביולוגית תוכל להוביל לריפוי ואילו במקרים אחרים לרימיסיה- דיכוי וריסון של הגידול. התרופה הביולוגית היא כאמור ספציפית לכשל מסוים. היכולת לאבחן בכל מקרה של סרטן ספציפי מה הם הכשלים המעורבים בו יכולה לאפשר בירור ביחס לכל אחד מהמכשולים האם כבר קיימת תרופה ביולוגית הספציפית אליו. ייתכנו מצבים בהם התרופה הביולוגית משמשת במקביל לתרופות אחרות או לטיפולים אחרים. היות שהתהליך הסרטני כולל בדרך כלל שיבושים במספר מנגנונים מולקולריים ייתכן ותמצאנה מספר תרופות ביולוגיות היכולת לתרום לריפוי או דיכוי הגידול הסרטני. תרופה כימותרפית ביוכימיה ביולוגיה מולקולרית תרופה ביולוגית כטיפול לדלקת פרקים תרופות ביולוגיות באתר "אחת מתשע" תרופות ביולוגיות ותרופות כימיות S Cabilly, A D Riggs, H Pande, J E Shively, Generation of antibody activity from immunoglobulin polypeptide chains produced in Escherichia coli., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 81, 1984-06, עמ' 3273–3277