Bioléčiva
●oficiálně (WHO) „biologické a biotechnologické substance“
Základní charakteristiky bioléčiv
●získáno jinak než klasickou chem. syntézou (polosynt. úpravy možné)
●Mr > 1000 (do 1000 „malé molekuly“) - větší, složitější, vykazují obvykle primární strukturu
(sekvence aminokyselin, popř. nukleotidů), sekundární strukturu (α-helix, skládaný list, vliv
-S-S- můstků), terciární strukturu (celkové prostorové uspořádání monomerní molekuly) a
kvartérní strukturu (agregace monomerů); mnoho proteinů je glykosylováno
© Oldřich Farsa 2011
Biofarmaceutika?
●terminologický konflikt: biofarmacie, biofarmaceutika
●pharmaceutics = farmaceutická technologie
⇓
●
biopharmaceutics ≈ biofarmacie = „nauka o vstřebávání léčiv“ na pomezí farm.
technologie a farmakokinetiky (farmakologie)
●
biologicals: protiváha k chemicals (chemikálie) ⇒ zahrnují „bioléčiva“, ale též např.
diagnostické monoklonální protilátky, technicky užívané enzymy...
●biologics: termín převážně užívaný pro „bioléčiva“
⇓
„Biofarmaceutika“ není optimální český termín
Rozdíly ve výrobě „malých molekul“ a bioléčiv
●malé molekuly – klasická organická syntéza: chemikálie s přesně definovanou chemickou
strukturou a čistotou reagují za přesně definovaných podmínek s předvídatelným a přesně
ověřitelným výsledkem
●bioléčiva- příprava izolací („harvesting“) látek produkovaných a secernovaných uměle
zkonstruovanými buňkami (genetické inženýrství)
Ilustrace rozdílu mezi bioléčivem a „malou molekulou“
erythropoetin a acetylsalicylová kys.
Historie bioléčiv
●starověk a středověk – využití pijavic k léčbě oběhových a krevních onemocnění (hirudin)
●klasické vakcíny – příprava usmrcených či oslabených bakteriálních kultur nebo oslabených
či inaktivovaných virů (např. neštovice: přenos infekce „z kůže na kůži“ znám už kolem r.
1000 v Číně; 1796 – Edward Jenner prokázal, že vpravení hnisu z vředu z kravských
neštovic pod kůži chrání před nákazou pravými neštovicemi; 1805 – v Itálii připravena první
vakcína proti neštovicím na kůži telat; 1864 – hromadné použití této vakcíny; po r. 1940 –
lyofilizované vakcíny (Collier))
●(polyklonální) protilátky („séra“) - imunizace vhodného produkčního makroorganismu noxou
(toxin, např. hadí jed), sérum získané z krve používáno jako „protijed“; na obdobném
principu získávány monokolonální protilátky pro analytické a diagnostické účely, pak vhodná
úprava (RIA, ELISA)
●peptidy – izolace (inzulin: Banting a Best 1921)
Novodobá historie – genetické inženýrství
●1977 - rekombinantně na E. coli připraven somatostatin (Genetech, USA)
●1978 – naklonován humánní inzulin
●1982 – rekombinantní lidský inzulin připravený na E. coli na trhu
●1984 – poprvé laboratorně připraven Faktor VIII
●1985 – FDA povolil somatrem, analog somatotropinu
Historie z pohledu jedné firmy
(Genetech)
Vývoj bioléčiv
EMA (EU): normální schvalovací procedura jako pro jakékoliv jiné nové léčivo
FDA (USA): možnost zařazení do tzv. Fast Track Drug Develoment Program (od r.
1998, revidován 2004) – podmínkou použitelnost na vážné či život ohrožující
onemocnění a opodstatněná naděje na lepší klinickou účinnost než dosud používaná
léčiva
Generika a „biosimilars“
Generika – malé molekuly – obsahují stejnou účinnou látku jako originál
„Biosimilars“ nebo „Follow-up Proteins“ - obsahují bioléčivo připravené obdobným
způsobem a s obdobnými účinky jako originál
Rozdílné přístupy FDA (USA) a EMA (EU)
●EMA: důsledné testování účinků ve vztahu k navrhovanému terapeutickému využití;
postatná je bezpečnost pacienta
●FDA: liberálnější přístup; plná podpora registracím „biosimilars“
Committee for Medicinal Products for HumanCommittee for Medicinal Products for Human
Use (CHMP) Guideline on Similar BiologicalUse (CHMP) Guideline on Similar Biological
Medicinal ProductsMedicinal Products
(CHMP/437/04)
“It should be recognised that, by definition, similarby definition, similar
biological medicinal products are not genericbiological medicinal products are not generic
medicinal products, since it could be expected that there
may be subtle differencessubtle differences between similar biological
medicinal products from different manufacturers or
compared with reference products, which may not bemay not be
fully apparent until greater experience in their usefully apparent until greater experience in their use
has been establishedhas been established. Therefore, in order to support
pharmacovigilance monitoring, the specific medicinal
product given to the patient should be clearly identified.”
Farmakologická klasifikace biologických a biotechnologických léčiv dle WHO
● Léčiva zažívacího traktu a metabolismu: insuliny.
●Antiinfektiva: antibakteriální, baktericidní polypeptidy zvyšující permeabilitu membrán
bakteriálních buněk. Humánní papilomavirus.
●Antineoplastika: peptidové vakcíny, rekombinantní vakcíny, toxiny.
●Složky krve a látky ovlivňující hemopoetický systém (krvetvorbu): antitrombiny, inhibitory
kaskády krevní koagulace, koagulační faktory, krevní faktory typu erythropoetinu.
Deriváty heparinu včetně heparinů o nízké molekulové hmotnosti (heparinoidů), deriváty
hirudinu, trombomoduliny.
●Imunomodulátory a imunostimulancia: faktory stimulující kolonie, inteferony, antagonisté
interleukinového receptoru, látky typu interleukinu. Monoklonální protilátky, receptorové
molekuly, nativní nebo modifikované, antagonisté tumor necrosis faktoru (TNF).
●Hormony, antagonisté hormonů, peptidy stimulující nebo inhibující uvolňování hormonů
(kromě inzulinů): deriváty růstového hormonu, jeho antagonisté, deriváty oxytocinu,
glykoproteinové hormony hypofýzy a placenty, peptidy stimulující uvolňování hormonů
hypofýzy, syntetické peptidy s účinkem podobným kortikotropinu, vasokonstriktory, deriváty
vasopresinu.
●Různé: „antisense“ oligonukleotidy, enzymy, produkty pro genovou terapii, růstové faktory,
peptidy a glykopeptidy jinde nezařazené.
Základy názvosloví bioléčiv dle doporuční WHO
[INTERNATIONAL NONPROPRIETARY NAMES (INN) FOR BIOLOGICAL AND BIOTECHNOLOGICAL
SUBSTANCES (A REVIEW) INN Working Document 05.179 08/11/2007]
Koncovky INN názvů bioléčiv
„antisense“ oligonukleotidy -rsen
inhibitory krevní koagulační kaskády -cogin (-kogin)
krevní koagulační faktory -cog (-kog)
colonie stimulující faktory -stim
enzymy -ase (-asa)
krevní faktory erythropoetinového typu -poetin
růstové faktory -ermin
deriváty růstového hormonu -som
deriváty heparinu včetně heparinů s nízkou molekulovou hmotností -parin
deriváty hirudinu -irudin
peptidy inhibující uvolňování hormonů -relix
antagonisté interleukinového receptoru -kinra
látky typu interleukinu -kin
monoklonální protilátky -mab
deriváty oxytocinu -tocin
peptidy a glykopeptidy (pro zvláštní skupiny peptidů viz -actide,
-pressin, -relin, -tocin) -tide (-tid)
peptidy stimulující uvolňování hormonů hypofýzy -relin
receptorové molekuly, nativní nebo modifikované (předcházející vsuvka označuje cíl) -cept
syntetické polypeptidy s účinkem podobným kortikotropinu -actide (-aktid)
antagonisté tumor necrosis faktoru -nercept
vasokonstriktory, deriváty vasopresinu -pressin (-presin)
Obecné zásady tvorby názvů monoklonálních protilátek
Společná koncovka pro monoklonální protilátky je -mab (z monoclonal antibody)
• Předchází kmen dle zdroje produktu (zdrojového organismu):
a potkan
axo potkaní-myší hybrid
e křeček
i primát
o myš
u člověk
xi chimérní
zu humanizovaný
Rozdíl mezi chimérními a humanizovanými protilátkami:
●chimérní obsahuje delší souvislé řetězce aminokyselin pocházející z cizího organismu,
navázané na obdobné řetězce lidského původu
●humanizovaná protilátka má krátké řetězce cizích aminokyselin včleněné mezi
proměnné oblasti lidských aminokyselin
Názvosloví monoklonálních protilátek – pokračování
●předchází předkmen dle onemocnění nebo terapeutického cíle:
-ba(c)- bakteriální
-ci(r)- kardiovaskulární
-fung- fungální
-ki(n)- interleukin
-le(s)- zánětlivé léze
-li(m)- imunomodulátor
-os- kost
-vi(r)- virový
Tumory:
-co(l)- tlusté střevo
-go(t)- varlata
-go(v)- vaječníky
-ma(r)- mléčná žláza
-me(l)- melanom
-pr(o)- prostata
-tu(m)- jiné, smíšené
●kdekoliv je problém s výslovností, koncové písmeno předkmene může být vypuštěno
●předchází libovolně volená předpona, nutno dbát na dobrou vyslovitelnost a
jednoznačné rozlišení jednotlivých látek, zvláště stejného určení
Příklad INN názvu monoklonální protilátky
humanizovaná
↓
předpona→bevacizumab
↑
kardiovaskulární
Příklady konkrétních bioléčiv: monoklonální protilátky
Antineoplastika
ramucirumab
syn. IMC-1121B
●humanizovaná
●inhibitor angiogeneze
●proti receptoru VEGFR-2
●vaskulární endoteliální růstový faktor (VEGF), pro-angiogenní faktor, se váže na 2 receptory
VEGFR-1 (Flt-1) a VEGFR-2 (Flk-1/KDR), activuje receptorovou tyrosinkinasu (RTK) a
indukuje angiogenezi
● VEGF a jeho receptory jsou často nadexprimovány u nádorů, proto byla angiogeneze
navržena jako cíl zásahu protinádorové terapie navržena Folkmanem a kol. již v 70.letech
●VEGFR-2 je selektivně exprimován na nádorových endoteliálních buňkách, současně v
přímém kontaktu s krví ⇒ slibný terapeutický cíl
●protilátky proti izoformě Flk-1 antagonizovaly vazbu VEGF na receptor, přenos signálu
prostřednictvím VEGFR-2 a VEGF indukovaný růst endoteliálních buněk ⇒ antiangiogenní,
antitumorová, antimetastatická aktivita
●klinické zkoušení: 2. fáze na kolorektální karcinom
bevacizumab
Avastin®
●chimérní
●inhibitor angiogeneze
●protilátka proti vaskulárnímu endoteliálnímu růstovému faktoru (VEGF)
●bevacizumab r. 2004 povolen v USA jako LČ metastazujího kolorektálního karcinomu v
kombinaci s fluorouracilem; později i proti nádoru plic nevycházícímu z malých buněk (2006)
a nádoru prsu (2008)
●účinnost, samostatně nebo v kombinacích, prokázána u řady dalších nádorů včetně
neuroendkrinních (nádory vycházející z nervového a hormonálního systému, mohou být
funkční (sekreční) nebo nefunkční, funkční se obvykle symptomaticky léčí analogy
somatostatinu; v metastazujícím stadiu špatně odpovídají na chemoterapii)
cetuximab
Erbitux®
●chimérní
●blokuje receptory pro epidermální růstový faktor (EGFR)
●rodina receptorů pro epidermální růstový faktor zahrnuje 4 strukturně velmi podobné
receptory: Erb/HER (EGFR; HER-1, a ERBB1), humánní EGFR-2 (HER-2 and
●ERBB2), HER-3, a HER-4, transmembránové glycoproteiny obsahující doménu vážící
extracelulární ligand a intracelulární receptorovou tyrozikinasovou (RTK) doménu
●dysregulace cesty Erb/HER nadexpresí nebo konstitutivní aktivací může spustit nádorový
proces včetně angiogeneze a metastazování a u mnoha typů lidských nádorů má špatnou
prognózu
●cetuximab povolen FDA i EMA k terapii metastazujícího kolorektálního karcinomu,
exprimujících EGFR
etaracizumab
Abegrin®
●humanizovaná
●proti αv
β3
integrinu
●integriny: rodina receptorů na povrchu buňky zodpovědných za výměnu informací mezi
buňkami a extracelulární matrix, která je obklopuje (ECM)
●
heterodimery složené z 1 – 10 α-podjednotek a 1 z 8 β-podjednotek
●každý subtyp má specifitu pro jiný protein ECM
●jako odpověď na navázání složek ECM, jako jsou kolagen, fibronektin nebo vitronektin, jsou v
buňce generovány signály, které ovlivňují růst, schopnost migrace, diferenciace, invazivitu a
přežívání buňky
●hrají důležitou roli v biologii tumoru; použitelný cíl protinádorové terapie
●αV
β3
integriny jsou exprimovány více v cévách, které se vyvíjejí, než v „dospělých“, a jsou
považovány za významný faktor angiogeneze
●primárním ligandem vitronektin, reagují též s fibronektinem a trombospondinem
●prokázána souvislost αV
β3
mj. s vaskulárním endoteliálním růstovým faktorem (VEGF)
●podání myší monoklonální protilátky proti αV
β3
(LM609) přrušilo angiogenezi na kuřecí
chorioalantoické membráně, vyvolanou nádorem
●v dalších studiích potvrzena schopnost zastavovat vaskularizaci nádoru a způsobovat jeho
regresi bez poškození normálních zralých cév na myších modelech různých nádorů in vitro
●etaracizumab je plně humanizovaná forma
●byla prokázána exprese αV
β3
u ovariálního karcinomu myši in vivo a současně účinnost
etanerceptu vůči němu
pagibaximab
syn. BSYX-A110
●chimérní
●proti stafylokokové lipoteichové kyselině
(LTA) – důležité složce buněčné stěny
stafylokoků; LTA je zakotvena v buněčné
membráně svým lipofilním koncem, inhibuje
fagocytózu bakterií in vitro, indukuje kaskádu
cytokinů a zdá se být nezbytná pro přežívání
stafylokoků, též napomáhá průniku
stafylokoků přes hematoencefalickou bariéru
●prevence stafylokokové sepse u
nedonošených novorozenců s velmi nízkou
porodní váhou – účinnost ověřena zaslepenou
klinickou studií
Antibakteriální látky
Léčiva chronických zánětlivých onemocnění
Inhibitory TNF-α
„Anti-TNF molekuly“ - váží se na TNF a neutralizují jeho aktivitu
Infliximab: myší/humánní chiméra, kde jsou variabilní oblasti myší protilátky napojeny na
konstantní oblasti lidského IgG1
Adalimumab: (rekombinantní) humánní protilátka typu IgG1
Etanercept: rozpustný dimerní fúzní protein, v němž je humánní p75 TNF receptor napojen
na Fc doménu humánního IgG1
Použití: terapie reumatoidní artritidy, zánětlivých střevních (ulcerativní kolitida, Crohnova
choroba...) a dalších zánětlivých onemocnění
Příklady konkrétních bioléčiv: antisense oligonukleotidy
●zpravidla krátké komplementární řetězce modifikované RNA, jež mají vazbou na
RNA či DNA zabránit translaci vadné nebo nežádoucí sekvence
Příklady použití modifikovaných antisense oligonukleotidů:
Inhibitory intercelulární adhesní molekuly (ICAM)
Ulcerativní kolitida = chronické relapsující zánětlivé onemocnění mukosní vrstvy střeva
●idiopatická = ethiologie neznámá
●převládá přesvědčení, že patogeneze je multifaktoriální a zahrnuje genetické,
environmentální a imunologické faktory
●chronický zánět se projevuje zejména díky dysregulaci adaptivního imunitního systému,
která vede ke změně tolerance ke střevním bakteriím a k anomální odpovědi na normální
luminální mikroflóru ⇒ imunologická nerovnováha ⇒ ↑ produkce zánětlivých cytokinů a
adhesních molekul (např. ICAM), ↑ aktivace polymorfonukleárních monocytů (PMN); jejich
migrace do střeva a interakce s epitelem ovlivňuje funkci epitelu od bariérové až po
hospodaření s elektrolyty
Mechanismus vzniku ulcerativní kolitidy, biomolekuly v něm zapojené a místa účinku
(terapeutické cíle) vybraných bioléčiv
ICAM-1 intercelulární adhezní molecula 1 EGF epidermální růstový faktor
MadCAM mukózní adresná adhezní molekula PMN – polymorfonukleární monocyt
IFN interferon
IL interleukin
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N
N
O
NH2
O
O
N
N
H
N
N
O
O
NH2
N
N
H
O
O
O
O
CH3
P
O
S
-
N
N
N
N
NH2
O
P
O
S
-
P
O
S
P
O
S
-
P
O
S
-
P
O
S
-
P
O
S
-
N
N
O
NH2
O
O
N
N
O
NH2
O
O
P
O
S
-
N
N
H
N
N
O
O
NH2
P
O
S
-
P
O
S
-
P
O
S
-
N
N
O
NH2
O
O
N
N
N
N
NH2
O
P
O
S
-
N
N
H
O
O
O
O
CH3
P
O
S
-
P
O
S
-
P
O
S
-
P
O
S
-
P
O
S
-
N
N
N
N
NH2
O
N
N O
NH2
O
O
N
N
O
NH2
O
O
N
N
H
N
N
O
O
NH2
N
N
H
N
N
O
O
NH2
N
N O
NH2
O
O
N
N
H
N
N
O
O
NH2
N
N
H
O
O
O
O
CH3
N
N
N
N
NH2
O
N
N O
NH2
O
O
P
O
S
-
P
O
S
-
O
Alicaforsen
syn. ISIS 2302
●oligodeoxyribonukleotid modikovaný kys.
thiofosforečnou (jako fosforothioát)
●20 bází
●váže se (hybridizuje) na sekvenci translaci
nepodléhající 3'-oblasti
lidské ICAM-1 mRNA ⇒ aktivace nukleasy
RNasy-H ⇒ rozštěpení heterodimeru ⇒ útlum
syntézy ICAM
●III. fáze klinického zkoušení
Příklady použití modifikovaných antisense oligonukleotidů: antineoplastika
Antagonista onkogenu Bcl-2
●Bcl-2: antiapoptický protein; jeho převaha nad strukturně příbuzným proapoptickým Bax
představuje u nádorů špatnou odpověď na obvyklé protinádorové terapie a špatnou prognózu
oblimersen, G3139, augmerosen, Genasense®
●deoxyribonukleotid, 18 nukleotidů, fosforthioát, heptadekasodná sůl
●T-C-T-C-C-C-A-G-C-G-T-G-C-G-C-C-A-T
●komplementární k prvním šesti kodónům humánní Bcl-2 mRNA
●podání i.v. infúzí
●v 1. - 3. fázi klinického zkoušení proti různým typům nádorů; účinný; rel. nízká toxicita
Nevýhody bioléčiv (kromě NÚ obecně stejných jako u malých molekul)
●imunogenicita – indukce tvorby protilátek proti léčivu
●HAMA – human anti-mouse antibodies – humánní protimyší protilátky – tvoří se proti
myším peptidickým sekvencím v chimérních bioléčivech
●HAHA – human anti-human antibodies – humánní protihumánní protilátky – tvoří se
proti plně humánním protilátkám nebo jiným bioléčivům, vážou se na unikátní vazebné
místo, na němž je imunitní systém netoleruje
●
neutralizující × neneutralizující; jsou-li neutralizující, snižují účinnost léčby
●vývoj protilátek proti léčivům (např. látkám působícím proti TNF) závisí též na
přítomnosti infekce
●vysoká cena
●mnohdy nedostatečně garantovaná účinnost a bezpečnost
●špatná biologická dostupnost vyžadující speciální způsoby aplikace