BMP-7 (кістковий морфогенетичний білок 7, bone morphogenetic protein 7), він же OP-1 (остеогенний білок-1, osteogenic protein-1), секретований ростовий фактор суперродини TGF-β. Це принципова відмінність: BMP-7 не є коротким синтетичним пептидом. Біологічно активна форма, дисульфідно зшитий глікозильований гомодимер, і саме димер, а не окремий ланцюг, несе активність. Розмір, просторова структура, виробництво, стабільність і аналітична оцінка потребують іншого підходу, ніж для пептиду [14].

Єдина молекула цієї групи, що дійшла до операційної

Більшість білків, які обговорюють у контексті антифіброзу, ніколи не залишали лабораторію. BMP-7, виняток, причому нетиповий: понад десятиліття він був продуктом, який хірург міг замовити за каталожним номером, але не як антифіброзний засіб. Під назвою OP-1 рекомбінантний людський BMP-7 на колагеновому носії отримав дозвіл FDA (Управління з контролю за продуктами й ліками США) за процедурою humanitarian device exemption (HDE), у 2001 році для незрощень довгих кісток, згодом для ревізійного задньолатерального спондилодезу. Реєстраційне дослідження при незрощеннях великогомілкової кістки порівнювало OP-1 з аутотрансплантатом [6][10].

Тобто клінічна історія BMP-7 розгорталася в ортопедії, а наукова репутація будувалася в нефрології, і ці дві лінії майже не перетнулися. Розуміти цей розрив важливіше, ніж будь-яку окрему цифру з гризунів.

Дві назви однієї молекули

BMP-7 і OP-1, це один і той самий продукт гена BMP7. Розбіжність назв походить із двох паралельних клонувань наприкінці 1980-х: група Wozney описала родину BMP з кістково-індуктивного екстракту [1][2], група Ozkaynak окремо клонувала кДНК OP-1 і показала її належність до суперродини TGF-β [3].

Практичний наслідок: ортопедична та девайсова література називає молекулу OP-1, нефрологічна й біологія розвитку, BMP-7. Пошук лише за однією назвою систематично втрачає половину джерел, а каталоги реагентів можуть використовувати будь-яку з них.

Гальмо TGF-β1, а не сигнал відновлення

Це головна змістовна відмінність BMP-7 від молекул, які прийнято описувати як «сигнали регенерації».

TGF-β1 передає сигнал через рецептори TGF-β на Smad2/3, це профіброзна гілка, центральна для розвитку фіброзу практично будь-якого органа [15]. BMP-7 зв'язується з рецепторними комплексами BMP (передусім ALK3/BMPR-IA) і активує Smad1/5/8; фосфорильовані Smad1/5/8 утворюють комплекс зі Smad4 і впливають на транскрипцію [14]. Обидві гілки конкурують за спільний Smad4 і взаємно пригнічують одна одну. Тому BMP-7 коректніше описувати не як стимул до відновлення, а як ендогенне гальмо, що постійно утримує профіброзну гілку в межах.

З цього випливає нетривіальна річ. У здоровій нирці BMP-7 експресується конститутивно. При ішемічному, токсичному чи метаболічному пошкодженні його експресія падає, і фіброз розвивається не тому, що з'явився новий стимул, а тому, що зникло стримування. Відповідно «дати BMP-7» означає намагатися повернути гальмо, а не додати сигнал. Питання, чи здатне відновлене гальмо розсмоктати вже сформований рубець,, принципово інше за питання, чи здатне воно завадити утворенню нового, і відповіді на них не збігаються.

Ниркові моделі: від ішемії до реверсу ЕМП

Доклінічна база тут справді велика й відтворювана. У щурів OP-1, введений при ішемічній гострій нирковій недостатності, зменшував тяжкість пошкодження [4]. У моделі однобічної обструкції сечоводу OP-1 запобігав фіброгенезу [5]. Найцитованіша робота, Zeisberg та співавтори у Nature Medicine: BMP-7 протидіяв індукованому TGF-β1 епітеліально-мезенхімальному переходу (ЕМП) у ниркових канальцевих епітеліальних клітинах, повертав експресію E-кадгерину і, за даними мишачих моделей, реверсував уже наявне хронічне ниркове пошкодження [8]. Пізніші роботи продовжували шукати способи доставити цю дію, наприклад, через міцелярні конструкції з доменом трансдукції [17].

Що тут потрібно сказати чесно. По-перше, кількісний внесок ЕМП у фіброз дорослої нирки після 2003 року став предметом окремої тривалої дискусії, і сьогодні його оцінюють стриманіше, ніж на момент публікації. По-друге, це гризуни, і дози в цих роботах були надфізіологічними. По-третє, жодна з цих моделей не є хронічною хворобою нирок людини. Результати клітинних, мишачих або свинячих моделей не є клінічним підтвердженням для людей.

Чому «додати BMP-7» не дорівнює «зняти гальмо»

Сигналювання BMP регулюється не лише кількістю ліганда, а й шаром ендогенних антагоністів, які зв'язують BMP позаклітинно: USAG-1 (Sostdc1), гремлін, ноггін. USAG-1 експресується у дистальних канальцях і негативно регулює саме ренопротекторну дію BMP-7; миші, позбавлені USAG-1, захищені від канальцевого пошкодження [9].

Це означає, що робоча точка шляху задається співвідношенням ліганд/антагоніст, а не абсолютним рівнем ліганда. У пошкодженій тканині антагоністи часто підвищені, тож введення екзогенного BMP-7 туди й видалення антагоніста не є еквівалентними втручаннями. Значною мірою саме цим пояснюється, чому доклінічні дози доводилося тримати високими: частина введеного білка нейтралізується ще до рецептора.

Носій вирішує все: імплант проти ін'єкції

У клініці BMP-7 ніколи не працював як системна ін'єкція. Його клінічна форма, твердий імплант: ліофілізований rhBMP-7, нанесений на матрицю з колагену I типу і вкладений безпосередньо в дефект. Причина в фармакології самої молекули: BMP міцно зв'язуються з позаклітинним матриксом, погано утримуються в місці введення і мають несприятливий профіль системної експозиції; питання утримання білка на місці аплікації розбиралося окремо ще у 2001 році [7].

Додає складності те, що рецептори BMP експресуються майже повсюдно. Доза, достатня для того, щоб системно дістатися ниркових рецепторів, одночасно діє на кістку та інші тканини, звідси занепокоєння щодо гетеротопічної осифікації. Не випадково подальші зусилля розробників пішли не в бік нових доз, а в бік носіїв: Vukicevic та співавтори прямо повертаються до конструкції носія як до лімітуючого фактора клінічного застосування BMP [13].

Практичний висновок: ортопедичний продукт неможливо було просто «перенаправити» на нирку. Це були різні задачі доставки. І це ж означає, що не кожен продукт із написом BMP-7 має однакові властивості, конструкція, джерело експресії, носій і форма матеріалу визначають результат.

Як схвалений продукт зник з ринку

Тут потрібна точність, бо історію легко переказати неправильно в обидва боки.

OP-1 ніколи не мав повного схвалення за процедурою PMA. Він існував у режимі HDE, шляху для пристроїв, призначених невеликим популяціям, з нижчими вимогами до доведення ефективності. У 2009 році консультативний комітет FDA проголосував проти розширення показань OP-1 Putty на неінструментований задньолатеральний поперековий спондилодез. У 2010 році Stryker Biotech продала активи OP-1 корпорації Olympus (Olympus Biotech), а у 2014 році Olympus згорнула цей напрямок і припинила операції у США, після чого rhBMP-7 більше не представлений на американському ринку. Активи згодом перейшли до інших власників.

Чого не слід із цього робити: висновку, що BMP-7 було визнано небезпечним. Відхід із ринку був комерційним і регуляторним результатом, вузьке показання, обмежувальний шлях реєстрації, відмова в розширенні, зміна власника,, а не наслідком доведеної шкоди. Водночас не варто й применшувати: продукт справді більше не доступний.

Окремо варто розвести дві історії, які часто змішують. Гучна полеміка щодо безпеки BMP у спінальній хірургії стосувалася насамперед rhBMP-2, іншого білка, іншого виробника, іншого продукту [11]. Переносити ці висновки на BMP-7 некоректно.

Мімети́ки ALK3, і фаза 2, що не спрацювала

Оскільки доставити сам білок системно не вдавалося, поле спробувало обійти його. Sugimoto та співавтори показали, що рецептор ALK3 критичний для регенерації нирки і що малий пептидний агоніст ALK3 (THR-123), придатний для системного введення, реверсував сформований фіброз у мишей [12]. На цій основі був розроблений клінічний кандидат THR-184; методологію дизайну таких мімети́ків описано окремо [18].

Результат відомий, і пом'якшувати його немає сенсу. У рандомізованому плацебо-контрольованому дослідженні фази 2 у пацієнтів високого ризику гострого ниркового пошкодження після кардіохірургічних втручань THR-184 у діапазоні доз не знизив ані частоту, ані тяжкість, ані тривалість ГНП порівняно з плацебо; частота ГНП становила приблизно 74–79 % в усіх групах, включно з плацебо. Профіль безпеки був зіставним між групами [16].

Станом на сьогодні це і є підсумок: відтворювані антифіброзні дані на гризунах, зрозумілий і елегантний механізм, і одне коректно проведене контрольоване випробування підходу в людей, негативне. Жодного схваленого антифіброзного продукту на основі BMP-7 не існує.

Що перевіряти в аналітичному пакеті

Для короткого пептиду часто достатньо поєднання HPLC (високоефективна рідинна хроматографія) і мас-спектрометрії. Для рекомбінантного білка потрібен ширший набір перевірок, і кілька пунктів тут специфічні саме для BMP-7:

  • Димер, а не мономер. Активність несе дисульфідно зшитий гомодимер; відновлений мономер неактивний. Стан дисульфідних зв'язків, не формальність, а найчастіша причина «мовчазного» реагенту.
  • Система експресії. Матеріал із клітин ссавців (CHO) глікозильований, матеріал з E. coli, ні, і потребує рефолдингу. У біотестах вони не взаємозамінні за замовчуванням.
  • Зрілий білок чи пропротеїн. BMP-7 синтезується як попередник; специфікація має однозначно вказувати зрілий домен.
  • Профіль агрегатів і чистота. Для білка цього класу агрегація впливає і на результат тесту, і на відтворюваність.
  • Активність у релевантному тесті. Ідентичність за масою не замінює функційного підтвердження.
  • Адсорбція. Молекула активно зв'язується з пластиком і матриксом, при низьких концентраціях це помітно впливає на реально доступну концентрацію.
  • Дві назви. Пошук літератури й документації слід вести і за BMP-7, і за OP-1.

Конкретний пакет залежить від конструкції та форми матеріалу; для оцінки конкретної партії потрібні її специфікація та COA (сертифікат аналізу).

Статус матеріалу

BMP-7 постачається як реагент виключно для дослідницького застосування (RUO). Це не лікарський засіб, не харчова добавка й не продукт для споживання людиною. Схваленого антифіброзного показання для BMP-7 не існує в жодній юрисдикції; ортопедичний продукт OP-1, що існував раніше, з ринку США знято. Матеріал призначений для лабораторних досліджень in vitro та доклінічних моделей. Ця монографія описує біологічний об'єкт і опубліковані напрями досліджень, вона не є протоколом застосування.

Позиція BMP-7 у каталозі має статус очікування. Суміжні матеріали: HGF (ліганд c-Met, на відміну від BMP-7, репаративний сигнал, а не гальмо), Ac-SDKP (пептидний інгібітор Smad2-гілки), розділ каталогу tissue repair.