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如何跨越实验室-临床转化的死亡之谷

新火种    2023-11-28

谢谢主持人,非常高兴这次有机会和大家进行交流,前面几位讲者讲了很多,给我讲的内容打下了铺垫,我接下来更容易一些。

华大基因刚才讲了在实验室如何进行生命方面的解析,赵院士讲了在临床上如何用脑机接口把技术研发应用到临床。我要讲的是实验室到临床的药物开发方面如何做,做的方式有多种,各有特色,我想借这个机会谈谈我们的经验。

image我们知道在实验室要通过细胞、基因、器官等不同的水平去研究生命过程是怎么进行的。正常情况下怎么进行,疾病情况下怎么影响进行,这让我们诊断之后可以研发治疗的方法,最终到临床上解决社会和人类疾病等实际问题。这之间就有一个鸿沟需要跨越(from bench to bed),这一步经常会出问题,导致实验室研究的很多科学发现,真正应用到临床比较少。比如以肿瘤为例,我们各种肿瘤研究在实验室治疗好,但是真正到临床目前还有很大挑战。特别是在神经科学方面,蒲院士讲了神经的复杂度,正是因为复杂,所以研究它的机理、疾病和治疗都是更加困难,实验室的研究发现到临床基本都失败了。这个失败有多大呢?从神经来说,各个方面有很大的问题,十几年前有一篇文章以中风单一疾病为例,许多大型医药企业都投入了大量的精力与经费,希望治疗中风,但是没有一个成功的案例。这篇文章说这是一个死亡之谷,这是科研到转化之间的死亡之谷。我们的问题是还有没有希望真正跨越这个鸿沟。

我以中风药物开发为例,这是我们实验室的研究重点之一。大家对中风比较了解,周围的人中或多或少会有中风的患者,以前是老年人为主,现在逐渐年轻化,这就对社会和家庭带来很大的负担,这不仅影响病人的生活质量,还增加家庭和社会的负担。中风有两大类,一个是脑血管意外,把血管堵塞了,血流供应不到大脑部分;还有是血管有破裂,破裂之后出血,这样都会造成大脑缺血,出血性的比较少,多数中风都是缺血性的。血管阻塞之后,将患者送到医院诊断之后再疏通,目前有药物疏通,三四个小时之内给药物,多数是手术介入疏通,多数要3-6小时左右。大脑神经特别依赖供氧,每分钟缺养有三分之二的细胞死亡。我们的目的就是让神经元不死,在疏通了以后恢复血流,一切好起来了。这是我们的主要目的,保护神经,让神经元在血管疏通以前不要死亡。

我们在实验室里研究缺氧如何导致神经元死亡,了解了通路,理论上阻断这个通路,就可以治疗了。目前研究的比较好,我们知道中风缺血以后有几大方式导致神经元死亡,从兴奋毒、自由基到炎症导致神经元死亡。我们实验室做兴奋毒一类,目的是阻断兴奋毒减少神经元死亡。非常遗憾的是过去二三十年,不管是大公司还是小公司,所有根据阻断兴奋毒保护神经元,没有一个真正成功的,你可以看到从一期、三期到最后全部都失败了。不是没有效果,就是副作用太大了,没有一个成功开发,这就是实验室到临床之间的死亡之谷。这么多公司,这么多药物都没有成功,大型药企已经退出了,我们看到那些大公司的研发实验中没有一个是保护神经的。

我们开始想为什么不成功,在实验室研究很成功,实验室的药物阻断过程能保护神经元,为什么临床不行?我们希望找到原因,假如在实验室做得更好一些,在临床试验上做得更好一些,这个过程有希望的。以兴奋度为例。什么是兴奋性毒性?我们大脑是上百亿神经元构成神经网络,每个神经元要和上千个神经元构成联接,形成神经网络。

网络内的信息从一个神经元,通过突触间隙,传递到另一个神经元,突触间隙是断开的。这是大脑信息传递过程,兴奋性介质是谷氨酸,正常情况下谷氨酸保证大脑功能,正常的学习记忆。所有活动都是通过这个进行的。但是发生中风以后,中风前期释放的谷氨酸无法迅速吸收,吸收需要能量,导致很多谷氨酸在突触末梢释放出来不能被吸收回去,这就扩散到突触内、突触外,这就激活一些受体,这些受体到了细胞内,触发死亡通路。很多医药实验就根据这个情况来进行开发却失败了。为什么失败?我们倒回来想,突触后的受体,正常情况下是关闭的,谷氨酸结合以后就开放了通道,有钙离子内流,正常情况下钙离子内流是正常的功能,发生中风以后,大量钙离子内流触发死亡通路。我们以前开发药物的过程是把它阻断,这在实验室里是可以的,我们阻断一次,中风之后用药阻断,死亡细胞通路阻断了,但是这会产生副作用,你阻断了以后把正常通路阻断了,在实验室可以,但是人身上不行。

一期临床正常的测试药物安全量,到一定的程度,阻断了正常功能,这时候人们开始呼吸困难,开始出现幻觉,各方面的情绪都受影响了,患者反馈医生状态不好了,不能再增加浓度了,这个浓度达不到阻断的浓度。我们以前临床实验的药物不一定是药物不好,是因为药物阻断受体产生的副作用,导致药物没有达到有效浓度。另一个原因是给药太晚了,中风半个小时内大量释放,一小时之内就释放没有了,我们发病之后是一小时内阻断,但是病人到医院太晚了。因此,我们开发新的药物必须注意给药浓度以及给药时间这两个方面。

我们在实验室里怎么解决?我们要避免阻断受体,不阻断受体,正常功能还是照常进行,而只阻断研究出受体下游的死亡通路是什么,选择性的达到死亡通路。这时候我们发现真正的死亡通路在NR2B有一个亚单位,有9个氨基酸,可以和结构蛋白psd95结合,这个结构蛋白有一个死亡分子,产生自由基,产生NO,介导死亡。发生中风以后,钙离子太多就产生coupling,钙离子进来以后就结合NO产生细胞死亡。我设计一个多肽,就是模拟9个氨基酸,为了让它造一个药消除屏障,加一个透膜序列,我们做了一个Tat-R2B9C这个药,这个药是受体和死亡通路的结合,我们给了药之后,它进来和死亡通路结合,把受体给分离出来,这个游离的受体大量开放,大量钙离子内流到正常功能,而不到死亡功能,这时候就解决这个问题。

我们在2020年发表的文章用新方式阻断这个受体。我们完成了实验室,它的好处是安全、副作用小,用药时间长,不阻断受体。临床上怎么设计呢?一般情况下实验室完成药物后要给大型医药公司,比如和阿斯利康、辉瑞这类大公司合作,我们想到大型医药公司有自身的研发团队和临床团队,比如说中风保护,我们提供这个新药之后,他按照原来的设计,病患来了以后先诊断是缺血还是出血,然后再给药,这个时候3小时过去了,给药之后还是会失败。怎么办?为了解决这个问题,我们成立了公司,这个公司里面有三个是临床医生加基础研究,还有三个基础科学家,我们自己融资推动临床一期、二期、三期,这样我们可以控制临床设计。

说到临床设计,什么时间给药最好?以前都不成功,不一定是药不好,可能是临床设计有问题。我们在猴子上先做实验,这是中风的区域,这是给药时间,可以看到,如果在半小时内给药,70%可以保护。如果是2小时给药,减了40%。如果3个小时给药,20%都保护不了。我们再看看原来的临床实验,没有一个是在3小时以内给药的,全部是在6小时、12小时等。这是因为以往把病患送到医院进行诊断,然后再给药,往往已经超过3小时,超过最佳给药时间,再好的药都不可能成功。因此我们必须在临床设计上进行大的突破。怎么突破?目的是一小时以内给药。把药给急救人员,比如在国外打911后,救护车到家之后只要怀疑是中风,就给药,这个药就是多肽,进入体内降解成氨基酸,是营养成分,诊断错了也不会对人体有影响。这是创新性的临床实验,不需要严格诊断,怀疑是中风,急救人员就立即给药。给药以后再送到医院,再诊断是缺血还是出血,再按照正常流程去推进。后来完成三期临床之后,发现72%的病人诊断正确,都是缺血的。在缺血的中风患者里面,治疗非常有效,功能恢复很好。所有的病号给了药都是有效,进一步临床诊断是缺血这一类,它的诊断性更好。这个结果刚刚在多伦多世界中风大会汇报了,文章还没有出来,详细的结果很快会发表文章。这个药的应用前景很好,像我们的硝酸甘油一样,现在有这个Epipen-Like,如果家里有人中风,可以自己给他打一针。

最后,我总结一下,我们如果想跨过临床转化的死亡之谷(Bench to Bed),还是有可能的。首先要建立科学家和医生组成的研究团队,这里面既要有科学家去进行基础研究,又要有临床医生主导设计临床实验,形成一个很好的研究-临床团队。另外,要找到正确可靠的靶点。再者,要选择最佳药物,比如多肽,是天然氨基酸,是安全的,不经过医生的诊断可以给药。如果是小分子就不可以,老年人多数肾脏或者肝脏不好,首先要检查肝功能、肾功能才能给药。最后是正确的设计临床实验。

谢谢大家。

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