Ο Έλληνας επιστήμονας που σχεδιάζει τα φάρμακα του μέλλοντος

Συνέντευξη: Σωτήρης Σκουλούδης

Εικονολήπτης: Χάρης Γκίκας

Μοντάζ: Θανάσης Παλλαντζάς

Επιστημονικό πάρκο Innovaare, Ινστιτούτο Paul Scherrer (PSI), Villigen, Ελβετία. Στις υπερσύγχρονες εγκαταστάσεις του διεθνούς κύρους ερευνητικού κέντρου PSI, ενός από τα ευρωπαϊκά κέντρα αριστείας στις επιστήμες ζωής, η ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου Μοριακής Δυναμικής (Molecular Modelling Laboratory – MML) χρησιμοποιεί τα πλέον προηγμένα «όπλα» που διαθέτει η Υπολογιστική Επιστήμη, προκειμένου να εντρυφήσει στα πιο μικροσκοπικά μυστικά της ύλης και να αναζητήσει νέες λύσεις σε μη αντιμετωπίσιμες έως σήμερα ασθένειες.

Το κύριο πεδίο έρευνας του MML είναι η αναγνώριση και χρήση μηχανισμών που λειτουργούν στο επίπεδο της ατομικής και υποατομικής (επίπεδο ηλεκτρονίων) δομής της οργανικής και βιολογικής ύλης, οι οποίοι έως τώρα υπήρξαν απροσπέλαστοι στην ανθρώπινη κατανόηση.

Για να επιτευχθεί ο φιλόδοξος αυτός στόχος, καθώς δεν υπάρχουν μικροσκόπια που μπορούν να προσφέρουν πρόσβαση στο ατομικό και ηλεκτρονικό επίπεδο, οι επιστήμονες του MML αξιοποιούν στο έπακρο τα «μικροσκόπια της νέας εποχής», δηλαδή  την απόλυτη τεχνολογία αιχμής στους ηλεκτρονικούς υπερυπολογιστές, υλοποιώντας κβαντικές προσομοιώσεις, που από πλευράς αξιοπιστίας είναι συχνά εφάμιλλες με εργαστηριακά πειραματικά αποτελέσματα, δημιουργώντας το ανάλογο μιας «εικονικής βιολογίας».

Η ομάδα του MML είναι ουσιαστικά η πρώτη ομάδα που εφαρμόζει μεθόδους υπολογιστικής κβαντικής χημείας τόσο μαζικά και σε τόσο μεγάλη κλίμακα, ώστε τα αποτελέσματα να είναι χρήσιμα στο σχεδιασμό φαρμακευτικών εφαρμογών. Πρόκειται για μία ριζοσπαστική προσέγγιση και οι έρευνες που διενεργούνται δι’ αυτής, θα μπορούσαν να ανατρέψουν και τα έως τώρα δεδομένα στο σχεδιασμό φαρμακευτικών και ανοσοθεραπευτικών παρεμβάσεων. Η δε ομάδα του MML ευελπιστεί στο να συμβάλλει στην ανάπτυξη πρωτοποριακών εφαρμογών που θα δώσουν λύσεις σε κάποια από τα μεγαλύτερα σύγχρονα προβλήματα υγείας του ανθρώπου και να τεθούν οι βάσεις για ένα μέλλον πολλά υποσχόμενο, σε διάφορους τομείς.

Ο διευθυντής του Εργαστηρίου Μοριακής Δυναμικής, με την πραγματικά πρωτοποριακή δράση, είναι Έλληνας, ο Δρ. Γεώργιος Αντύπας, ο οποίος μαζί με την επιστημονική του ομάδα, σκιαγραφεί αυτό που φαίνεται ότι μπορεί να αποτελέσει την ιατρική του μέλλοντος, που προοιωνίζεται πολύ πιο αποτελεσματική, σε σχέση με όσα γνωρίζουμε.

 

Το Εργαστήριο Μοριακής Δυναμικής (MML)

 

Το MML χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό κβαντικής θεωρίας -μιας μαθηματικά ακριβούς περιγραφή της ύλης, που την εφαρμόζει σε αλγόριθμους που εκτελούνται σε μεγάλα υπολογιστικά συστήματα- και φασματοσκοπικών μεθόδων αιχμής, προκειμένου να κατανοήσει και να περιγράψει τις αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στην ατομική και υποατομική βιολογική ύλη. Πρόκειται για ένα πεδίο στο οποίο οι μέχρι τώρα γνώσεις μας είναι πολύ περιορισμένες.

Για τις έρευνές του εκμεταλλεύεται στο έπακρο όλες τις διαθέσιμες υπολογιστικές τεχνολογίες: κβαντικούς αλγόριθμους γραμμικής κλιμάκωσης και παράλληλης εκτέλεσης σε πολυπύρηνες μονάδες επεξεργασίας και μεγάλες συστοιχίες μονάδων γραφικής επεξεργασίας, σε συνεργασία με τους παγκόσμιους πρωτοπόρους τόσο στην κατασκευή υπολογιστικών συστημάτων όσο και υπολογιστικών νεφών (computationalclouds) .

Το MML είναι σύμβουλος κορυφαίων φαρμακευτικών εταιρειών και μία από τις δράσεις του είναι ο προσδιορισμός και η καταγραφή της δομής μίας πολύ σημαντικής ομάδας φαρμάκων, των πολυμορφών. Η ακριβής κρυσταλλική δομή που προκύπτει κατά τη σύνθεσή τους δεν είναι γνωστή και αυτό αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης φαρμακολογίας, καθώς είναι δυσχερής έως αδύνατος ο ακριβής έλεγχος της δράσης τους, αλλά και η προστασία των πνευματικών δικαιωμάτων των δημιουργών τους.

Με τον ίδιο τρόπο το MML μελετά τη συμπεριφορά (θερμική και χημική σταθερότητα και βιοδιαθεσιμότητα) φαρμάκων υπό τη μορφή άμορφων στερεών αιωρημάτων/ διαλυμάτων. Χάρη στις συγκεκριμένες έρευνες προκύπτουν πιο σταθερές δραστικές ουσίες, κάτι που οδηγεί στη δημιουργία πιο δραστικών φαρμάκων.

Αυτό όμως κυρίως, που επιτρέπει αισιοδοξία για ιδιαίτερα θεαματικά επιτεύγματα, είναι τα αποτελέσματα της ερευνητικής δράσης του MML στο πεδίο της Κβαντικής Ανοσολογίας (Quantum Immunology, όρο που εισήγαγε το συγκεκριμένο εργαστήριο), με στόχο την ανακάλυψη των κβαντικών (υποατομικών) παραμέτρων που θα επιτρέψουν τον εν δυνάμει έλεγχο της ειδικής ανοσίας (ανοσοθεραπεία) και τη μετατροπή αυτής στην «απόλυτη, προσωποποιημένη» φαρμακευτική αγωγή.

Η ανοσοθεραπεία, το «ιερό δισκοπότηρο» των βιολογικών επιστημών σήμερα, θεωρείται ευρέως το πλέον ελπιδοφόρο μέσον για την αντιμετώπιση των ανίατων και μη διαχειρίσιμων ασθενειών, και θα μπορούσε να εξελιχθεί σε μια «έξυπνη» θεραπεία, δια της οποίας η νόσος θα καταπολεμείται εν πολλοίς από το ίδιο το ανοσοποιητικό σύστημα του ανθρώπου, μέσω στοχευμένης διέγερσής του. Είναι, δε, τόσο επικεντρωμένος ο προσανατολισμός της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας σ’ αυτή την κατεύθυνση, που μόνο για εφαρμογές κατά του καρκίνου δαπανώνται κάθε χρόνο περίπου 150 δισεκατομμύρια ευρώ παγκοσμίως.  Η ανοσοθεραπεία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί τόσο προς ίαση ασθενειών συμπεριλαμβανομένων των αυτοάνοσων νοσημάτων, αλλά και προς αποτροπή της απόρριψης μοσχευμάτων.

Η ομάδα του MML είναι, εδώ και έτη, πρωτοπόρος στη μελέτη και δημοσίευση των κβαντικών συνθηκών που σχετίζονται με το μηχανισμό ενεργοποίησης των Τ-λεμφοκυττάρων, με στόχο την κατανόηση της λειτουργίας τους στην πυροδότηση της ειδικής ανοσιακής «απάντησης». Απώτερος στόχος της ομάδας είναι η διατύπωση της θεωρίας που θα ερμηνεύει το συγκεκριμένο μηχανισμό και θα οδηγεί στην αποκρυπτογράφηση της κατάλληλης ατομικής δομής που πρέπει να παρασκευαστεί στο εργαστήριο, προκειμένου να πυροδοτείται η ανοσιακή απάντηση «κατά βούληση», οδηγώντας πιθανώς στο σχεδιασμό παρεμβάσεων προσωποποιημένης ιατρικής.

Δρ. Γεώργιος Αντύπας: «Στόχος η δημιουργία εξατομικευμένων φαρμάκων που θα διεγείρουν το ανοσοποιητικό σύστημα κατά βούληση»

Ο «δικός μας» Δρ. Γεώργιος Αντύπας, εξειδικευμένος επιστήμονας στην Υπολογιστική Επιστήμη Υλικών και κορυφαίος ερευνητής στον χώρο του, βρέθηκε για λίγες μέρες στην Αθήνα και το zougla.gr τον συνάντησε.

Όπως μας εξήγησε, η βιολογική επιστήμη και πρακτική «σκέφτεται και εκφράζεται» σε όρους κυττάρων, δηλαδή εξαιρετικά μεγάλων ατομικών συμπλεγμάτων και ανωτέρου επιπέδου μοριακών μηχανισμών, που ως επί το πλείστον είναι ορατοί στο μικροσκόπιο και των οποίων η λειτουργία μπορεί να γίνει κατανοητή μέσω εργαστηριακής δοκιμής-και-λάθους. Είναι, ωστόσο σαφές ότι από μόνη της, η «ευκολία» της μικροσκοπικής επισκόπησης των μηχανισμών αυτών δεν σημαίνει εκ προοιμίου ότι αυτοί οι μηχανισμοί είναι θεμελιώδεις.

Το αντίθετο μάλιστα: τα μαθήματα που συνεχώς λαμβάνουμε από τη μελέτη της ανόργανης ύλης, μας υπαγορεύουν ότι όλες οι θεμελιώδεις συνθήκες που διαμορφώνουν είτε τις ιδιότητες είτε τη λειτουργία της ύλης, εδράζονται στο υποατομικό επίπεδο και τους διέπει η κβαντική φυσικοχημεία. Η επιδίωξη της ομάδας του είναι η παρέμβασή της να έχει ως αποτέλεσμα τη διεύρυνση της βιολογικής κατανόησης και πρακτικής προς την κατεύθυνση της χρηστικής εφαρμογής της κβαντομηχανικής, μέσω της επιστημονικής δόμησης που παρέχει η Υπολογιστική Επιστήμη των Υλικών, ένα μικτό πεδίο που μελετά τη σχέση δομής-ιδιοτήτων της ύλης χρησιμοποιώντας το σύνολο του διαθέσιμου οπλοστασίου των φυσικών επιστημών: αλγόριθμους κβαντικής φυσικοχημείας, μοριακή δυναμική, υπερυπολογιστές, cloud, distributed databases, τεχνητή νοημοσύνη, ηλεκτρονική μικροσκοπία και φασματοσκοπία.

Το ερευνητικό μανιφέστο του MML περιλαμβάνει επίσης, τόσο τη στενή συνεργασία του με τη φαρμακευτική βιομηχανία ώστε να εξελίξουν από κοινού τα προϊόντα της όσο και τη συνεχή σύμπραξη με τους παρόχους υπερυπολογιστικών συστημάτων και «νεφών» (clouds), εγκαθιδρύοντας έτσι έναν σημαντικό δίαυλο επικοινωνίας ανάμεσα στις δύο αυτές μεγάλες βιομηχανίες. Έτσι, μοιραία ξεπερνάμε παλαιότερες συμβάσεις μεταξύ επιστημονικών πεδίων, ατενίζοντας τις ιατρικές εφαρμογές στην εποχή της τεχνητής νοημοσύνης.

Όσον αφορά στο στάδιο που βρίσκεται σήμερα η έρευνα του MML σχετικά με την Κβαντική Ανοσολογία, μας είπε ότι προσεγγίζει την απόδειξη της καθολικότητας της κβαντομηχανικής συνθήκης που έχει αναγνωρίσει, υπό την οποία συμπλέγματα Τ κυτταρικών υποδοχέων αντιδρούν κατά την αναγνώριση αντιγόνου/Μείζονος Συμπλέγματος Ιστοσυμβατότητας. Το επόμενο στάδιο θα είναι η εργαστηριακή επιβεβαίωση του ευρήματος μέσα από μία νέα σειρά πειραμάτων, βασισμένων στη θεωρία που έχει αναπτύξει το εργαστήριο.

Και καταλήγει ο Δρ. Αντύπας: «Τα φάρμακα του μέλλοντος δεν μπορούν να σχεδιαστούν με τις συμβατικές μεθόδους, διότι μας διαφεύγουν βασικοί μηχανισμοί της υποατομικής βιολογικής δομής. Αυτούς, σήμερα μπορούμε να τους προσεγγίσουμε μόνο με τα καινούρια «υπολογιστικά μικροσκόπια», τους υπερυπολογιστές, και αυτή είναι η παρακαταθήκη, που θέλουμε να αφήσουμε ως εργαστήριο… Θεωρώ ότι σε κάποια χρόνια από σήμερα, ο βασικός τρόπος σχεδιασμού των καινούριων θεραπευτικών παρεμβάσεων θα γίνεται με χρήση κβαντικών υπολογιστών και στη βάση που θα παρέχει η Υπολογιστική Επιστήμη Υλικών. Προσμένω το εργαστήριό μας να είναι από τους πρωτοπόρους στον κόσμο στην εφαρμογή αυτών των μεθόδων»…

zougla.gr