PREVER framework for specification of related substances based on in silico prediction and forced degradation studies

الأدوية ليست أشياء ثابتة؛ بل هي كيانات كيميائية يمكن أن تتغير بمرور الوقت، تماماً مثل الطعام الذي يفسد أو المعدن الذي يصدأ. فعندما يتحلل الدواء، يمكن أن يشكل مواد جديدة تسمى الشوائب أو نواتج التحلل. وحتى بكميات ضئيلة، يمكن لهذه المواد الكيميائية الجديدة أن تغير مدى فاعلية الدواء، أو الأسوأ من ذلك، قد تجعله غير آمن للاستخدام. بالنسبة للعلماء الذين يطورون أدوية جديدة، يكمن التحدي في التنبؤ بدقة بما قد تكون عليه هذه النواتج غير المرغوب فيها قبل وصول الدواء إلى المريض. وهذا أمر صعب للغاية في المراحل الأولى من التطوير، حيث لا تتوفر بعد بيانات كافية من الواقع حول كيفية سلوك الدواء على مدار أشهر أو سنوات. ولحل هذه المشكلة، يتجه الباحثون بشكل متزايد إلى استراتيجية تسمى "آمن ومستدام بالتصميم"، والتي تستخدم النماذج الحاسوبية والاختبارات الدقيقة لتوقع المخاطر وبناء السلامة في المنتج منذ البداية.

طبق فريق من الباحثين في "فارمانجينوس" (Farmanguinhos) في البرازيل هذا النهج الاستباقي على دواء شائع يستخدم لعلاج داء البلهارسيا، وهو مرض طفيلي يصيب الملايين من الناس في جميع أنحاء العالم. الدواء المعني هو "برازيكوانتال" (praziquantel)، والذي يُباع غالباً في شكل أقراص بتركيز 600 ملليغرام. طور الفريق إطار عمل جديداً يسمى "PREVER" لمعرفة ماهية الشوائب التي قد تظهر في هذه الأقراص وتحديد حدود صارمة لكمية ما يُسمح به منها. كان هدفهم هو إنشاء شبكة أمان تجمع بين التنبؤات الحاسوبية والتجارب الواقعية، لضمان بقاء الدواء نقياً وفعالاً طوال فترة صلاحيته.

بدأت العملية بمرحلة التنبؤ الرقمي. استخدم الباحثون برامج حاسوبية لمحاكاة كيفية تفكك جزيء "البرازيكوانتال" تحت ظروف ضاغطة مختلفة، مثل التعرض للحمض أو الحرارة أو الضوء. وبناءً على هذه المحاكاة ومراجعة الأدبيات العلمية الموجودة، حددوا ست شوائب محتملة يمكن أن تتكون نظرياً. وشمل ذلك مادة تسمى "برازيكوانامين" (praziquanamine)، ومركب "سيكلوهكسان كربوكسيليك أسيد" (cyclohexane carboxylic acid)، وعدة جزيئات أخرى ذات أوزان كيميائية محددة. في هذه المرحلة، كانت هذه مجرد احتمالات، أشباح كيميائية نظرية قد توجد إذا تحلل الدواء.

وللتأكد مما إذا كانت هذه الأشباح حقيقية، انتقل الفريق إلى المختبر لمرحلة إعادة الإنتاج. أخذوا أقراص "برازيكوانتال" فعلية وعرضوها لظروف ضغط شديدة مصممة لإجبار الدواء على التحلل بشكل أسرع مما قد يحدث في خزانة أدوية عادية. فقد عرضوا الأقراص لأحماض وقواعد وعوامل مؤكسدة قوية، وسخنوها إلى درجات حرارة عالية. وباستخدام أدوات تحليل كيميائي متطرفة، راقبوا أي من الشوائب المتوقعة ظهرت بالفعل. وأكدت التجربة أن ثلاث مواد من المواد المتوقبة قد تشكلت بالفعل، وهي: "برازيكوانامين" وناتجان آخران للتحلل أطلق عليهما الفريق الرمز DP-1 وDP-2. وعلى الرغم من أن الفريق توقع تشكل "سيكلوهكسان كربوكسيليك أسيد" جنباً إلى جنب مع "البرازيكوانامين"، إلا أنه لم يتم رصده تجريبياً، ويرجع ذلك على الأرجح إلى افتقاره للبنية الكيميائية اللازمة ليتم رصده بواسطة معدات الاختبار الخاصة بهم.

ومع الحصول على قائمة الشوائب الحقيقية، تعين على الباحثين تحديد ما إذا كانت خطيرة. وبدلاً من اختبار كل منها على الحيوانات، وهو أمر يستغرق وقتاً طويلاً ويثير مخاوف أخلاقية، استخدموا تقييماً سمياً قائماً على الحاسوب. هذه الطريقة، المعروفة باسم الاختبار "في السيليكو" (in silico)، تقارن بنية الشوائب الجديدة بمواد كيميائية معروفة ذات ملفات تعريف سلامة مثبتة. وتنبأت النماذج الحاسوبية بأن أياً من الشوائب من غير المرجح أن تسبب طفرات جينية أو مشاçل صحية خطيرة أخرى. وبناءً على حسابات السلامة هذه، وضع الفريق حدود سلامة مؤقتة لكل شائبة. فعلى سبيل المثال، قرروا أن "البرازيكوانامين" يجب ألا يتجاوز 0.2 في المائة من وزن القرص الإجمالي، بينما يمكن السماح بـ DP-1 بنسبة تصل إلى 0.5 في المائة. وفرت هذه الأرقاء حواجز حماية مؤقتة أثناء عملية وضع المنتج النهائي.

كانت الخطوة الأخيرة والأكثر أهمية هي التحقق. قام الفريق بتخزين أقراص "البرازيكوانتال" في بيئة محكومة تحاكي الظروف الحارة والرطبة للمناخ الاستوائي لمدة عامين كاملين. واختبروا الأقراص بانتظام لمعرفة ما إذا كانت أي من الشوائب التي توقعوها وحددوها مؤقتاً قد ظهرت بالفعل أثناء التخزين العادي. كانت النتائج نظيفة بشكل ملحو-ظور؛ فبعد 24 شهراً، لم يتم اكتشاف أي من الشوائب الخمس الرئيسية التي كانوا يراقبونها في الأقراص. ظل الدواء مستقراً، ولم تتشكل نواتج التحلل المتوقعة ببساطة في ظروف التخزين الواقعية.

ونظراً لأن الدراسة طويلة الأمد أظهرت عدم وجود تحلل، فقد عدل الباحثون قواعد السلامة النهائية الخاصة بهم. فبدلاً من الاحتفاظ بحدود مختلفة لكل شائبة محددة، وضعوا قاعدة واحدة محافظة: يجب ألا يتجاوز إجمالي أي شائبة منفردة، وإجمالي جميع الشوائب مجتمعة، نسبة 0.2 في المائة. استند هذا القرار إلى حقيقة أن الدواء كان أكثر استقراراً مما اقترحته أسوأ السيناريوهات، ومع ذلك أراد الفريق الحفاظ على هامش أمان عالٍ. وخلصت الدراسة إلى أن إطار عمل "PREVER" نجح في توجيه تطوير الدواء، باستخدام مزيج من التنبؤات الحاسوبية والإثبات التجريبي لضمان أن يكون المنتج النهائي آمناً ومستقراً وجاهزاً للمرضى الذين يعتمدون عليه لمحاربة مرض مدمر.