Racionális gyógyszerfejlesztés

Átírás

1 Racionális gyógyszerfejlesztés Bölcskei Kata Pécsi Tudományegyetem Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet KLINIKAI FARMAKOLÓGIA gyógyszerek hatásainak tanulmányozása humán vizsgálatokban 1. forgalomban levő gyógyszerek alkalmazásának optimalizálása 2. fejlesztés alatt álló gyógyszerjelöltek hatásának vizsgálata 1

2 Gyógyszerfejlesztés az a folyamat, amely során a gyógyszerjelölt molekulát a felfedezésétől a forgalomba hozatali engedélyig eljuttatják az engedélyezéshez bizonyítani kell a gyógyszerjelölt HATÉKONYSÁGÁT és BIZTONSÁGOSSÁGÁT hosszadalmas és rendkívül drága folyamat, amelynek igen alacsony a hatásfoka a legszigorúbban szabályozott emberi tevékenység 3-6 ÉV 6-9 ÉV Gysz. felfedezés Preklinikai vizsgálatok Klinikai vizsgálatok I. Fázis II. Fázis III. fázis IV. fázis ÁLLATOK hatékonyság gysz. biztonság EGÉSZSÉGES ÖNKÉNTESEK <100 tolerálhatóság ADME ÖNKÉNTES BETEGEK > 1000 hatékonyság, biztonság, gysz. interakciók, ADME post-marketing vizsgálatok Klinikai vizsgálati engedély Forgalomba hozatali engedély (Törzskönyvezés) 2

3 A gyógyszerfejlesztés hatásfoka attrition ( lemorzsolódás ) a további fejlesztésből kieső hatóanyagok aránya lehetséges okok: hatástalanság, toxicitás, rossz farmakokinetikai tulajdonságok, stratégiai okok Klinikai jelölt molekulák sikeres engedélyeztetésének aránya terápiás terület szerint 3

4 Cumulative cost (million USD) A gyógyszerfejlesztés kumulatív költségei 873 million USD Drug discovery Target-to-hit Hit-to-lead Lead optimization Preclinical testing Phase I Phase II Phase III Launch GYÓGYSZEREK KISMOLEKULÁJÚ < 500 dalton természetes eredetű vagy szintetikus - a szervezet makromolekuláit (receptorok, enzimek stb.) specifikusan moduláló szerek BIOLÓGIAI (BIOLOGIKUMOK) makromolekulák biológiai folyamatok termékei - (közel) azonos az endogén makromolekulával (pl. inzulin) - terápiás monoklonális antitest - receptor-fúziós protein 4

5 A gyógyszerfelfedezés stratégiái 1. FENOTÍPUS-ALAPÚ gyógyszerfelfedezés (PHENOTYPE-BASED drug discovery - PBDD) a farmakológia klasszikus megközelítése: empirikus szűrés ( próbálgatás - trial by error) - a gyógyszer által kiváltott biológiai hatás megfigyelésén alapul - in vivo betegségmodelleken - a anyagokat a teljes szervezetre vagy izolált szervekre gyakorolt hatásra szűrik acetilszalicilsav morfin fűzfakéreg, nyírfakéreg stb.: láz- és fájdalomcsillapító HATÁS máktej (ópium): altató, fájdalomcsillapító XIX. sz eleje: szalicilátok izolálása számos növényből HATÓANYAG 1803: morfin izolálása (Sertürner) 1893: Aspirin (F. Hofman) 1971: ciklooxigenáz gátlás ( J. Vane) CÉL- MOLEKULA (TARGET) 1970-es évek: endogén opioidok, opioid receptorok felfedezése 5

6 A gyógyszerfelfedezés stratégiái 1. FENOTÍPUS-ALAPÚ gyógyszerfelfedezés előny: - jó in vivo hatékonyság hátrányok: - alacsony áteresztőképesség, nagy anyagmennyiséget igényel (> 5 g) - sem a célmolekula, sem a hatásmechanizmus nem ismert - a gyógyszer optimalizásához szükséges szerkezet-hatás összefüggéseket (structure-activity relationship - SAR) nehéz meghatározni A gyógyszerfelfedezés stratégiái 2. TARGET-ALAPÚ (TARGET-BASED drug discovery TBDD) más néven racionális gyógyszerfelfedezés Célmolekula (Target): olyan biomolekula, amely szerepet játszik adott betegség pathomechanizmusában és modulációjának jótékony hatása lehet a betegség kezelésében - célmolekula klónozása és expressziója in vitro bioassay-k - a hatóanyagokat egyetlen, a betegségben jelentősnek tartott célmolekulán kifejtett hatásra szűrik 6

7 A gyógyszerfelfedezés stratégiái 2. TARGET-ALAPÚ gyógyszerfelfedezés előnyök: - nagy áteresztőképesség, kis anyagmennyiség-igény - lehetőség virtuális szűrésre és racionális gyógyszertervezésre - szerkezet-hatás összefüggések könnyebben meghatározhatók hátrányok: - az in vitro biológiai aktivitás nem mindig jelenik meg in vivo hatékonyságként - nem alkalmazható többszörös targetekre, eddig ismeretlen mechanizmusokra Célmolekula azonosítása és validálása fehérjeállomány analizálása génexpressziós profil gén-asszociációs vizsgálatok 7

8 Bioinformatika definíció: interdiszciplináris tudományág, amelyben informatikai módszereket alkalmaznak biológiai adatok tárolására, kinyerésére, rendszerezésére és elemzésére alkalmazási lehetőségek a gyógyszerfejlesztésben: célmolekula azonosítás: DNS szekvencia elemzés, génexpressziós profil elemzés, protein expressziós profil elemzés gyógyszertervezés: célmolekula szerkezeti elemzése ligand-target molekuláris interakciójának elemzése és modellezése hatóanyagok farmakokinetikai és toxikológiai tulajdonságainak előrejelzése Célmolekula azonosítása és validálása gén kiütés ( knock out ) gén overexpresszió fenotípus vizsgálata RNS interferencia ( knock down ) 8

9 A gyógyszerfelfedezés stratégiái A fenotípus-alapú megközelítést ma is alkalmazzák szintén alkalmas lehet target azonosításra fenotípusos szűrés sejt- vagy szövet-alapú bioassayben pl. tumorsejtvonal apoptózis - kémiai proteomikai módszerekkel azonosítható(ak) a target(ek) target deconvolúció Gyógyszerjelöltek eredete: vezérmolekulák megtalálása Vezérmolekula: egy olyan hatóanyag, amely szelektív biológiai hatást fejt ki a targeten, és fizikokémiai tulajdonságai révén az alapját képezheti egy gyógyszerfejlesztési projektnek természetes eredetű anyagok endogén ligandok analógjai más gyógyszergyárak vegyületei (ha származékai szabadalmaztathatóak ) - az eredeti indikációban - egy mellékhatást felerősítve más indikációban vegyülettárak szűrése virtuális szűrés (ha a célmolekula 3D szerkezete ismert) 9

10 Racionális gyógyszertervezés farmakofór: a ligandok azon molekuláris jellegzetességei, amelyek elengedhetetlenek a célmolekulához való optimális kötődéshez 1. LIGAND-alapú gyógyszertervezés: a farmakofór modellt az azonos célmolekulához kötődő ismert ligandok szerkezete alapján tervezik meg 2. SZERKEZET-alapú gyógyszertervezés: a target 3D szerkezete alapján feltérképezik a kötőhely térbeli és kémiai tulajdonságait SAR, QSAR: (kvantitatív) szerkezet-hatás összefüggések ismeretében tervezhetőek az új ligandok képek forrása: wikipedia.org CC Computer-aided drug design (CADD): számítógépes gyógyszertervezés - modellezhető a tervezett ligand kötődése - a gyógyszertervezés illetve optimalizálás lépései során is alkalmazható HTS: high throughput screening (nagy áteresztőképességű szűrés) a vegyületeket a célmolekulához való kötődést vagy a célmolekulán kifejtett hatást detektáló in vitro assay-vel automatizált, robotizált rendszer segítségével szűrik áteresztőképessége naponta akár több ezer molekula! 10

11 Vegyülettárak több ezer-több millió vegyület fontos a megfelelő tárolás és adatkezelés! vegyületek eredete: hagyományos kémiai úton szintetizált természetes eredetű vásárolt vagy licenszelt kombinatorikus kémiai módszerekkel szintetizált ( split and mix, parallel szintézis) egy folyamat során nagy mennyiségű, különböző vegyület szintetizálható Optimalizáció hit hit-to-lead (H2L) lead kiválasztása lead optimalizálás (LO) optimalizált lead klinikai gyógyszerjelölt Optimalizálandó tulajdonságok: - affinitás - szelektivitás - membrán permeabilitás - metabolikus stabilitás - in vitro toxicitás - in vivo farmakokinetika - in vivo hatékonyság - in vivo biztonságosság 11

12 Screening kaszkád ígéretes hit -ek kiválasztása analógok szintézise screening kaszkád - SAR meghatározása egyes tulajdonságok optimalizálásához - az assay-k beválasztása és sorrendje függ a költségektől és kapacitástól is lead kiválasztása: lead-szerű fiz.-kém. tulajdonságok, potency nm nagyságrendben, szelektivitás, kedvező in vitro PK tulajdonságok Egy képzeletbeli receptor (Rec 1 ) antagonista lehetséges screening kaszkádja kötődési assay (K d) funkcionális assay (IC 50) in vitro PK (metabolikus stabilitás, CYP gátlás) hatás Rec 2 -n in vitro toxicitás in vivo orális bioavailability in vivo hatékonyság betegségmodellek korai mellékhatásvizsgálatok részletes ADME Szűrési kritériumok: K d on Rec 1 X nm EC 50 /IC 50 Y nm szelektivitás Rec 2 -re nézve Z- szeres humán/patkány/egér metabolikus stabilitás > 50%, CYP gátlás 10 μm < 50% orális bioavailability > 50% ED 50 in vivo W mg/kg p.o. (primer screen: általában egy egyszerű egér modell) optimalizált lead: ED 50 Q mg/kg p.o. betegségmodellekben teljes ADME profil kedvező mellékhatásprofil kedvező Egy képzeletbeli receptor (Rec 1 ) antagonista lehetséges screening kaszkádja kötődési assay (K d) funkcionális assay (IC 50) in vitro PK (metabolikus stabilitás, CYP gátlás) hatás Rec 2 -n in vitro toxicitás in vivo orális bioavailability in vivo hatékonyság betegségmodellek korai mellékhatásvizsgálatok részletes ADME 12

13 13