Obecne na rynku bądź dopiero rozwijane substancje lecznicze mają różne pochodzenie pod kątem „genetycznym”. Pewna mała część pochodzi od substancji izolowanych z roślin lub zwierząt. Inna, już całkiem znaczna, grupa związków inspirowana jest biochemią (cząsteczkami uczestniczącymi w procesach sygnałowych i metabolicznych). Największą część stanowią molekuły pochodzące z programów przesiewowych i projektowania bądź z opracowywania przestrzeni chemicznej dookoła wcześniej zarejestrowanych leków. W początkach chemii leków proporcje te były zupełnie odwrotne. W XIX w. to substancje pochodzenia roślinnego stanowiły punkty wyjścia dla syntezy analogów o potencjalnym działaniu leczniczym. Człowiekiem, który dokonał pierwszego ważnego wyłomu w tym paradygmacie, a tym samym skierował chemię leków na nowe tory, był Paul Ehrlich.

Był dobry w barwieniu

Ehrlich urodził się w 1854 roku w śląskim Strzelnie, leżącym wówczas w Królestwie Prus. Pod wpływem swojego krewnego, znanego bakteriologa Karla Weigerta, w 1872 roku rozpoczął studia medyczne na Uniwersytecie we Wrocławiu i kontynuował je w Strasburgu oraz Freiburgu, by 6 lat później uzyskać stopień naukowy w Lipsku. Studentem nie był chyba najpilniejszym, o czym świadczyć mogą słowa jednego z wykładowców, który, przedstawiając Ehrlicha Robertowi Kochowi, powiedział: „Oto mały Ehrlich. Jest dobry w barwieniu, ale nigdy nie zda egzaminów”. Barwienie tkanek było jego wielką badawczą pasją, zarówno podczas studiów, jak i później w trakcie pracy w berlińskim szpitalu Charité. Intensywne badania przyniosły ważne rezultaty. Ehrlich zauważył, że istnieje zależność między budową barwnika, a jego powinowactwem do różnych tkanek. Przykładowo, barwniki z grupą sulfonową nie penetrują do mózgu i tkanki tłuszczowej, podczas gdy barwniki zasadowe (jak na przykład błękit metylenowy) bardzo dobrze przenikają do tych tkanek.

Istotnym wkładem do histologii i hematologii było odkrycie komórek tucznych oraz rozróżnienie podtypów krwinek białych i czerwonych. Dzięki zastosowaniu różnorodnych barwników młody naukowiec udowodnił, że morfologia krwi jest bardziej zróżnicowana niż dotąd myślano. Podczas pracy laboratoryjnej w szpitalu Ehrlich opracował również wiele pożytecznych metod diagnostycznych, spośród których część używana jest do dzisiaj, np. wykrywanie bilirubiny w moczu tzw. odczynnikiem Ehrlicha.

Kolejnym osiągnięciem było ulepszenie metody barwienia prątków gruźlicy, dzięki czemu naukowiec zyskał uznanie odkrywcy tych drobnoustrojów, wspomnianego już Roberta Kocha. Niestety w 1888 r. Ehrlich zaraził się właśnie gruźlicą i musiał przerwać pracę badawczą, aby udać się na rekonwalescencję do Egiptu i krajów południowej Europy.

Teoria łańcuchów bocznych

Po dwuletniej przerwie badacz wrócił do kraju i rozpoczął współpracę z Emilem Adolfem von Behringem, który opisał antytoksyny tężca i błonicy. Następne lata Ehrlich poświęcił pracom nad standaryzacją surowic. Wypracowany został wtedy skuteczny protokół immunizacji oraz metoda otrzymywania surowicy z użyciem koni. Za te prace, w 1908 roku otrzymał Nagrodę Nobla wspólnie z Rosjaninem Ilją Miecznikowem. Ehrlich, zajmując się ściśle praktycznymi zagadnieniami z zakresu immunologii, wymyślił również śmiałą, jak na tamte czasy, podstawę teoretyczną immunizacji – teorię łańcuchów bocznych. Według niej komórki posiadają na swojej powierzchni zestaw „łańcuchów bocznych”, które odpowiedzialne są za prowadzenie metabolizmu. Jednocześnie łańcuchy te mogą specyfi cznie wiązać toksyny wytwarzane przez mikroorganizmy. Specyfi czność ta wynikać miała ze ścisłego dopasowania molekuł łańcucha bocznego i toksyny, na zasadzie klucza i zamka, tak jak w postulowanym przez Hermanna Emila Fischera (w 1894 roku) modelu działania enzymów. Po związaniu toksyny łańcuch boczny nie może wykonywać swych funkcji metabolicznych, co powoduje, że komórka produkuje dodatkowe łańcuchy, z których część uwalniana jest do krwioobiegu, gdzie funkcjonuje jako przeciwciała (antytoksyny) neutralizujące toksynę. Według dzisiejszego stanu wiedzy, procesy immunologiczne mają inny przebieg, niemniej jednak teoria łańcuchów bocznych opisuje je zaskakująco (jak na owoc spekulacji pod koniec XIX wieku) dobrze. Innymi wkładami Ehrlicha do immunologii było opisanie odporności biernej i czynnej oraz mechanizmu przekazywania odporności przez matkę nienarodzonemu dziecku.

Magiczne kule czyli leki

W 1899 roku, dzięki wsparciu pruskiego ministra edukacji Friedricha Althoff a, otwarto we Frankfurcie Królewski Instytut Terapii Doświadczalnych, na czele którego stanął Paul Ehrlich. Zadaniem jednostki było poszukiwanie leków przeciwnowotworowych, a później również przeciwdrobnoustrojowych. W ten sposób rozpoczął się trzeci – po histologicznym i immunologicznym – etap naukowej kariery Ehrlicha. W ciągu następnych lat badacz sformułował założenia chemioterapii. Ehrlich wyraził nadzieję, iż „w retorcie chemika można stworzyć substancje, które byłyby w stanie wywierać działanie wyłącznie na pasożyta ukrytego w organizmie i stanowiłyby magiczne kule, które samodzielnie szukają swojego celu”. Jednocześnie dojrzewała w nim myśl o zastosowaniu koncepcji łańcuchów bocznych do wyjaśniania mechanizmu działania leków. Ehrlich ukuł wtedy termin „receptor” oraz maksymę „corpora non agunt nisi fi xata”, czyli „ciała nie działają, gdy nie są przyłączone”, będącą aforystycznym opisem założenia, że działaniem substancji czynnych rządzą powinowactwa chemiczne do cząsteczek receptorowych obecnych w organizmie. W międzyczasie przedstawił również koncepcję farmakoforu (choć sam nigdy nie użył tej nazwy), według której za działanie leków odpowiadają poszczególne elementy strukturalne (grupy funkcyjne). Ustalanie, które z nich są tylko „nośnikami”, które zaś „grupami aktywnymi terapeutycznie”, było możliwe przez badania zależności między strukturą a aktywnością,
polegające na systematycznej syntezie i testowaniu wielu pochodnych danej substancji aktywnej. Ehrlich stwierdził m.in., badając pochodne kokainy, iż „anestezjoforem” (elementem odpowiedzialnym za aktywność znieczulającą) jest w nich fragment benzoilowy.

Wszystkie te rozważania, poczynione na przełomie XIX i XX wieku, stały się podstawą nowożytnej farmakologii i chemii leków. Wówczas stanowiły zasadę napędową programu badawczego prowadzonego przez Ehrlicha w Królewskim Instytucie Terapii Doświadczalnych oraz zbudowanym tuż obok w 1906 r. instytucie chemioterapii, zwanym od nazwiska fundatora George Speyer-Haus.

Cały artykuł można przeczytać w numerze 1/2016 czasopisma "Przemysł Farmaceutyczny"

Fot. Paul-Ehrlich Institute