Trong suốt hai thế kỷ qua, nhiều loại thuốc hiện đại ra đời cải thiện cuộc sống bệnh nhân, đem lại hiệu quả điều trị những bệnh mà trước đây không chữa được. Quá trình nghiên cứu thuốc mới có thể được chia thành hai giai đoạn chính: Giai đoạn khám phá thuốc và giai đoạn phát triển thuốc. 

            Giai đoạn khám phá thuốc bao gồm tất cả các thử nghiệm và nghiên cứu được thiết kế để xác định mục tiêu sinh học ban đầu, trạng thái bệnh liên quan và xác định hợp chất đơn lẻ có khả năng liên quan đến lâm sàng. Giai đoạn khám phá thuốc có thể được chia thành ba giai đoạn khác nhau: phát hiện mục tiêu, phát hiện “lead” và tối ưu hóa “lead”.  Mỗi giai đoạn khám phá thuốc thiết lập mối liên hệ khoa học giữa mục tiêu sinh học (ví dụ: enzyme, thụ thể kết hợp G-protein, kênh ion, v.v.) và mô hình trạng thái bệnh được thiết kế để mô phỏng trạng thái bệnh của con người. Quá trình này được gọi là tiến trình đích và xác nhận mục tiêu, thực hiện thông qua việc sử dụng các đầu dò phân tử - thiết kế để xác định nhiều loại hợp chất điều chỉnh hoạt động của mục tiêu sinh học quan tâm. Trong nhiều trường hợp, các hợp chất đã biết được sử dụng để tạo thuận lợi cho việc lựa chọn mục tiêu và cuối cùng được chuyển thành các hợp chất mới thông qua các quá trình khám phá và tối ưu hóa lead. Trong giai đoạn phát hiện lead, các hợp chất liên quan đến cấu trúc với hoạt động sinh học mong muốn được xác định thông qua sàng lọc sinh học số lượng lớn. Khi một loạt các hợp chất ứng cử được xác định, giai đoạn tối ưu hóa lead bắt đầu. Trong giai đoạn này, các chất tương tự cấu trúc trong một chuỗi lead được nghiên cứu để xác định một hợp chất duy nhất có thể được chuyển sang giai đoạn phát triển thuốc. Giai đoạn phát hiện lead thường kết thúc bằng việc chứng minh thành công hiệu quả in vivo trên một mô hình động vật thích hợp sử dụng một hợp chất có các tính chất vật lý và hóa học phù hợp với nghiên cứu lâm sàng cuối cùng trong giai đoạn phát triển thuốc. 

            Giai đoạn thứ hai: phát triển thuốc, bắt đầu khi một hợp chất duy nhất đã được xác định, sau đó được tiến hành thông qua các nghiên cứu khác nhau để được phê duyệt bởi các cơ quan quản lý. Bước đầu tiên trong quy trình là nộp bộ hồ sơ IND (Investigational New Drug) yêu cầu cho phép chuyển một hợp chất ứng cử lâm sàng vào nghiên cứu ở người. Tài liệu này cung cấp cho các cơ quan quản lý dữ liệu tiền lâm sàng chi tiết mô tả nghiên cứu dược lý, độc tính trên động vật, thông tin thành phần hóa học và các giao thức lâm sàng chi tiết mô tả cách các hợp chất lâm sàng sẽ được nghiên cứu trong quần thể người nếu các nghiên cứu được phê duyệt. Thử nghiệm lâm sàng có thể thực hiện trong vòng tối đa 7 năm. Trong thử nghiệm lâm sàng, các nhà nghiên cứu thường so sánh thuốc nghiên cứu với một thuốc đã được phê duyệt để điều trị bệnh hoặc tình trạng mà họ đang nghiên cứu hoặc so sánh thuốc đó với giả dược. Tiến hành nghiên cứu lâm sàng gồm 4 giai đoạn:

Giai đoạn I: Nhóm từ 20 - 100 tình nguyện viên khỏe mạnh, thực hiện trong vài tháng. Mục tiêu là thử độ an toàn của thuốc, độc tính lên con người, phạm vi liều dùng được dung nạp, dược lý học / động lực học. Các loại thử nghiệm ở giai đoạn I: SAD (Đơn liều tăng dần), MAD (Đa liều tăng dần) và tương tác với thực phẩm. 

Giai đoạn II:  Đánh giá tác dụng của thuốc trên khoảng 100 – 300 bệnh nhân và kiểm tra các tác dụng phụ ngắn hạn và các rủi ro do thuốc gây ra. Tiến hành trong vòng vài tháng đến 2 năm. 

Giai đoạn III: Nhóm khoảng 300 – 3000 người bệnh để đưa ra các dữ liệu thống kê về độ an toàn, tác dụng và mối quan hệ giữa lợi ích – nguy cơ của thuốc. Tiến hành 1- 4 năm, phải thử nghiệm tại nhiều khu vực khác trên thế giới. Trong thời gian tiến hành giai đoạn 3 (cả giai đoạn 1&2), các nhà nghiên cứu phải thực hiện nhiều nghiên cứu quan trọng khác, có kế hoạch sản xuất trên quy mô lớn và chuẩn bị hồ sơ để FDA xét duyệt. Nếu thuốc được FDA kiểm duyệt và thông qua à công ty có thể sản xuất thuốc và cung cấp cho các bác sĩ kê đơn. Trong trường hợp có tác dụng phụ không mong muốn, FDA yêu cầu nghiên cứu bổ sung sau khi phê duyệt à Giai đoạn 4. 

Giai đoạn IV: Theo dõi hậu tiếp thị: Thiết kế để phát hiện bất kỳ tác dụng phụ hiếm gặp hoặc lâu dài, giám sát phản ứng có hại của thuốc, cảnh giác dược. Mục tiêu an toàn không phải là lý do duy nhất, công ty dùng dữ liệu các nghiên cứu lâm sàng để xác định lợi thế cạnh tranh và chỉ định mới cho sản phẩm của họ. Công ty có thể chứng minh rằng hợp chất của họ vượt trội hơn so với các đối thủ cạnh tranh. 

Để bào chế ra một thuốc mới, phải thử nghiệm ban đầu hơn 100.000 hợp chất, hàng trăm nghiên cứu tiền lâm sàng trên động vật và nhiều thử nghiệm lâm sàng trên hàng nghìn bệnh nhân, phải phối hợp nhiều chuyên môn chuyên ngành như hóa dược, sinh học, dược lý, nghiên cứu lâm sàng, sở hữu trí tuệ và nhiều lĩnh vực khác. Chi phí cho nghiên cứu thuốc mới là rất cao nhưng nếu nghiên cứu thành công cũng đem lại lợi nhận rất lớn.

Nguồn: Benjamin e. Blass, Basic principles of drug discovery and development, 2015.