Personalizovaná medicína 2021 MPPP1 Personalizovaná medicína Farmakogenetika a farmakogenomika (PGx) doc. RNDr. Petra Bořilová Linhartová, Ph.D., MBA Ústav lékařské genetiky, LF MU ̶ Multidisciplinární vědní obor, zabývající se optimalizací léčebných a diagnostických postupů u konkrétního pacienta s využitím moderních metod. Farmakoterapie respektující individuální predispozice pacienta • výběr vhodné kombinace léčiv pro dosažení maximální účinnosti a minimalizace rizika lékových interakcí a NÚ • specifické dávkování Definice Personalizovaná medicína Personalizovaná medicína2 SPRÁVNÁ DIAGNÓZA SPRÁVNÉ LÉČIVO VE SPRÁVNÉ DÁVCE PRO SPRÁVNÉHO PACIENTA VE SPRÁVNÉM ČASE Faktory ovlivňující účinnost a bezpečnost Farmakoterapie Personalizovaná medicína3 Genetická složkaInfekce Imunitní systém GI funkce KV funkce Fyzická aktivita Prostředí Stres Horečka Kosumpce alkoholu Interakce s jiným léčivem Dieta Choroby spojené se změněnou citlivostí na léčiva Kouření Renální funkce Jaterní funkce Cirkadiální a sezónní rytmicita Věk Pohlaví Gravidita ̶ Příčiny • vnější (adherence k léčbě…) • vnitřní (vrozená predispozice…) oMTHFR Odpovídavost Farmakoterapie Personalizovaná medicína4 Nonrespondér NÚ Nonrespondér bez NÚ Respondér bez NÚ Respondér NÚ Individualizace farmakoterapie – klinické hodnocení léčiva Farmakoterapie Personalizovaná medicína5 Nonrespondér s NÚ Nonrespondér bez NÚ Respondér bez NÚ Respondér s NÚ Testování dávky? Očekávaná odpověď při standardní dávce Risk/benefit? Stanovení genetického profilu Další faktory! ̶ Genetické faktory • nezbytná předchozí identifikací významných genových polymorfizmů na základě dlouhodobých klinických výzkumů • variabilita lékové odpovědi není obvykle dána jen variabilitou jednoho genu (monogenní variabilita) ale variabilitou mnoha genů (multigenní variabilita) • některé genetické faktory jsou na sobě nezávislé, jiné závislé Limitace Farmakoterapie Personalizovaná medicína6 ̶ Haplotypová dědičnost – některé genové polymorfizmy se sdružují do bloků – haplotypů, které se dědí společně Klein a Ritchie, 2017 ̶ Negenetické faktory – faktory vnějšího prostředí • genotyp sice není citlivý na vnější faktory, ovšem interakce drug-drug (léčivo s léčivem) a léková odpověď pacienta mohou být těmito vnějšími faktory ovlivněny. ̶ Genetické a negenetické faktory vedou k individuální odpovědi na léčivo. ̶ Přítomnost genového polymorfizmu pouze ukazuje na statisticky vyšší pravděpodobnost výskytu daného jevu (patologie, závažného NÚ, neúčinnosti terapie), který ovšem nemusí nastat. ̶ Terapeutické monitorování léčiv – opakovaná fenozypizace Limitace Farmakoterapie Personalizovaná medicína7 ̶ Farmako – věda zabývající se působením léčiva na živý organizmus a naopak ̶ Genetika – věda o dědičnosti Farmakogenetika se zaměřuje na variabilitu odpovědi na léčivo vyvolanou jednotlivými genovými polymorfizmy. ̶ Genomika – podobor molekulární biologie zabývajících se lidským genomem jako celkem Farmakogenomika se zaměřuje na variabilitu odpovědi na léčivo vyvolanou variabilitou v genomu. Definice Farmakogenetika vs. farmakogenomika (PGx) Personalizovaná medicína8 ̶ 1997 A. Marshall ̶ identifikace a genetické určení tzv. „drug targets“ (cílových struktur léčiva) - vývoj účinnějšího léčiva s menším počtem nežádoucích účinků ̶ studuje rozdílné účinky potenciálních léčiv in vivo i in vitro na genovou expresi jako celek, hodnotí expresní profily ̶ zkoumá vztah účinku léku na úrovni celého genomu, resp. transkriptomu Definice Farmakogenomika Personalizovaná medicína9 Kramer a Cohen, 2004 Marshall, 1997 ̶ 1959 F. Vogel ̶ studuje rozdílné účinky léčiva u rozdílných pacientů in vivo, které jsou dány přítomností dědičných variant genů ̶ hledání vztahu mezi metabolizmem, případně efektivitou léčiva, a přítomností polymorfizmů genů ̶ pro určení, který dostupný lék bude mít u konkrétního pacienta největší terapeutický benefit, zatímco nežádoucí účinky budou minimální Definice Farmakogenetika Personalizovaná medicína10 Vogel, 1959 Geny, které kódují: ̶ enzymy, zapojené v metabolizaci léčiva ̶ receptorové proteiny ̶ membránové transportéry ̶ proteiny iontových kanálů Kandidátní geny Farmakogenetika Personalizovaná medicína11 Variabilita odpovědi na léčivo Farmakodynamika léčiva Farmakokinetika léčiva Variabilita v kandidátních genech ̶ Frekvence v populaci: vzácná mutace x polymorfizmus ̶ Variabilita mezi jedinci i mezi populacemi ̶ Individuální rozdíly ve farmakokinetice/farmakodynamice Variabilita genomu Farmakogenetika Personalizovaná medicína12 Reference Ethnic group (population) CYP2C19*17 MAF (%) Hernandez-Suarez et al., 2018 Mixed (Latin Americans, Puerto Rico) 14.1 Fricke-Galindo et al., 2016 Caucasians (Sweden, Norway, Finland, Denmark) 20.8 Fricke-Galindo et al., 2016 Caucasians (Greece, Italy, Portugal, Spain) 42.0 Arici et al., 2016 Mixed (Turkey) 25.0 Jin et al., 2015 Chinese (Tibet) 1.56 Dehbozorgi et al., 2018 Mixed (Iran) 27.1 Primachin Farmakogenetika Personalizovaná medicína13 WHO, 2016 ̶ X recesivní ̶ Hemolytická anémie ̶ mtb xenobiotik (zvýšení polarity, konjugace s glutathionem, kys. glukuronovou) Kandidátní geny – enzymy, zapojené v metabolizaci léčiva – biotransformační enzymy Farmakokinetická variabilita Personalizovaná medicína14 Evans a Relling, 1999 I. fáze biotransformace II. fáze biotransformace ̶ Snížení aktivity daného enzymu Zpomalení metabolických dějů → zpomalené odbourávání léčiva → hromadění léčiva v organizmu → růst NÚ až intoxikace ̶ U proléčiva může snížená aktivita enzymu znamenat vytvoření nedostatečného množství aktivního metabolitu a nedostatečnou účinnost léčiva. Biotransformační enzymy Farmakokinetická variabilita Personalizovaná medicína15 ̶ Zvýšení aktivity daného enzymu Zrychlení metabolických dějů → zrychlené odbourávání léčiva → nedostatečná koncentrace léčiva v organizmu → nedostatečná účinnost léčiva ̶ Změna genové exprese ̶ Změna vazebné afinity k substrátům ̶ Špatný metabolizér (poor, PM) ̶ Intermitentní metabolizér (intermediate, IM) ̶ Normální metabolizér (normal/extensive, EM) ̶ Rychlý/ultrarychlý metabolizér (rapid/ultra rapid, UM) Kategorizace pacientů – predikce farmakokinetiky Farmakogenetika Personalizovaná medicína16 https://www.aruplab.com/topics/pharmacogenetics Zanger a Schwab, 2013 CYP2D6 a CYP2C19 ̶ Podílí se na metabolizmu: • omeprazolu (minoritně i CYP3A4), • citalopramu (ze 60 %), • diazepamu, • na konverzi proléčiva klopidogrelu na jeho aktivní metabolit, • i proguanilu. Cytochrom P450 – CYP2C19 Farmakokinetická variabilita Personalizovaná medicína17 alela význam *1 standardní enzym *2 PM, inaktivní enzym (aberantní splicing) *3 inaktivní enzym (stop kodon) *17 UM PPI Metabolizace léčiv Personalizovaná medicína18 OME/ ESOME LANSO PANTO RABE Litalien et al., 2005 Personalizovaná medicína19 Doporučená terapie Interakční potenciál s klopidogrelem Využití CYP2C19 při metabolizaci PPI Efektivita eradikace H. pylori Chirurgický zákrok Predikovaný fenotyp dle aktivity CYP2C19 enzymu Frekvence fenotypu dle CYP2C19 haplogenotypu v české populaci (výsledky naší studie) Vlastnosti PPI Autoinhibice u EM DEX LANSO OME LANSO PANTO ESOME RABE Při selhání PPI terapie H. pylori nález 1,4 % 16,7 % 37,0 % 7,6 % 37,3 % PM IM EM AM UM Dávkování standardní 100 – 200 % standardního negativní pozitivní Borilova Linhartova et al., 2018 ̶ Snížená afinita léčiva k pozměněnému receptoru ̶ Chybná regulace obnovy receptoru ̶ Pozměněný nebo chybějící cílový protein (strukturní, enzym…) ̶ Nefungující nebo alternativně fungující signální kaskáda ̶ Nedostatek/nadbytek endogenního produktu Kandidátní geny – receptorové proteiny Farmakodynamická variabilita Personalizovaná medicína20 Johnson a Cavallari, 2013 Personalizovaná medicína21 Individualizovaná farmakoterapie Imunofarmakogenetická studie: IVIg v terapii TEN Borilova Linhartova a Lipovy, 2020 WGS Individualizovaná farmakoterapie Personalizovaná medicína22 Caspar et al., 2020 Testovací panely Individualizovaná farmakoterapie Personalizovaná medicína23 http://personalizedhealthsolutions.com/services/pharmacogenomics/ http://agenabio.com/areas-of-interest/pharmacogenetic-solutions/ Amplichip CYP450 Test ̶ Farmakogenetické vyšetření se provádí z nesrážlivé periferní krve odebrané do EDTA (2 ml). ̶ Prevence výskytu nežádoucích účinků ̶ Predikce účinnosti Vyšetření Individualizovaná farmakoterapie 24 Personalizovaná medicína Léčivo Geny Abakavir HLA-B*5701 Azathioprin TPMT 6-merkaptopurin 6-thioguanin Irinotekan UGT1A1 Warfarin CYP2C9, VKORC1 Opioidy CYP2D6, OPRM1 Klopidogrel CYP2C19 Tamoxifen CYP2D6 Herceptin HER2 Vyšetření Individualizovaná farmakoterapie 25 Personalizovaná medicína Léčivo Biomarkery Cetuximab EGFR, KRAS Dasatinib Ph+ CML Erlotinib EGFR Gefitinib EGFR-TK Imatinib Ph+ CML Maravirok CCR5 Nisotinib Ph+ CML Panitumumab EGFR, KRAS Rasburikaza G6PDH Trastuzumab HER2 Pharmacogenetic and Pharmacogenomic KnowledgeBase (PharmGKB) ̶ CÍL: vytvořit dokonalý zdroj informaci o interakcích mezi genetickou variabilitou a lékovou odpovědí www.pharmgkb.org ̶ Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium (CPIC) ̶ CÍL: vytvořit volně dostupné, recenzně hodnocené doporučení pro dávkování léčiv pro ty, kteří mají přístup k preventivnímu genetickému testování ̶ „CLINOMICS“ (Aplikovaná klinomika) – studuje genomická data společně se souvisejícími daty klinickými Databáze PGx Personalizovaná medicína26 27 Personalizovaná medicína Mikrobiom a farmakoterapie doc. RNDr. Petra Bořilová Linhartová, Ph.D., MBA Ústav lékařské genetiky, LF MU Personalizovaná medicína 2020 Klinická genetika ̶ Mikrobiota • Tvoří 1-3 % tělesné váhy člověka • Komplexní ekosystém dle specifické lokalizace a podmínek • 10x více bakterií než je buněk v lidském těle ̶ Mikrobiom je soubor genů všech mikroorganizmů osidlujících lidské tkáně a tekutiny • Jedinečný otisk • Projekt • 100x více genů mikrobiomu než v lidském genomu (27 tis. genů) Úvod Lidská mikrobiota a mikrobiom Personalizovaná medicína28 NIH Human Microbiome Project Arnold et al., 2019 ̶ Mozek • Osobnost a myšlení ̶ Imunitní systém • Adaptivní IS ̶ Genom • Fenotyp Filozofický pohled Člověk Personalizovaná medicína29 Rees et al., 2018 Lidská mikrobiota ̶ Eukaryota • Houby • Prvoci ̶ Bakterie ̶ Archaea ̶ Viry ̶ Spojivky ̶ Ústní dutina ̶ Dýchací cesty ̶ Mléčné žlázy ̶ GIT ̶ Kůže ̶ Urogenitální trakt ̶ Osa střevo-mozek • Stres, deprese, autismus, PD, AD • Regulace pomocí pre- a probiotik ̶ SCFA regulují GPR41zprostředkovanou aktivitu sympatického NS – E výdej ̶ Tryptofan má přímý vliv na spánek ̶ Neurotransmitery ̶ Cytokiny Mozek Lidská mikrobiota Personalizovaná medicína30 Kimura et al., 2011 Jenkins et al., 2016 Cryan a Dinan, 2012 ̶ SCFA • Stimulace produkce střevního hlenu • Diferenciace B buněk na plazmatické buňky produkující Ig • Spojeny s protizánětlivým fenotypem (inhibice histonových deacetyláz) ̶ Bacteroides fragilis PSA • Indukce CD4+ T lym profil – indukce Treg a suprese Th17 a Th1 ̶ Niacin, tryptofan, taurin (inflamazom) Imunitní systém Lidská mikrobiota Personalizovaná medicína31 Rooks a Garrett, 2016 Belkaid a Hand, 2014 ̶ Epigenetické modifikace ̶ Metabolizace xenobiotik (nepřímo/přímo) ̶ Personalizovaná terapie „Druhý genom“ Lidský mikrobiom Personalizovaná medicína32 Spanogiannopoulos et al., 2016 Střevní mikrobiota Mikrobiální metabolity Metabolity hostitele Střevní mikrobiota Modifikované metabolity hostitele Změna v metabolizaci xenobiotik hostitelem Proléčivo Léčivo nebo metabolit Neaktivní forma Aktivní forma Aktivní forma Toxický metabolit Anti- mikrobiální účinek Selektivní bakteriální růst Sayers et al., 2018 ̶ terapie pacienta se srdečním selháním nebo arytmii pomocí digoxinu ̶ Eggerthella lenta – běžně, jen specifický kmen s geny cgr1 a cgr2 inaktivuje digoxin ̶ Arg inhibuje operon cgr1 / cgr2 geny Farmakoterapie Lidská mikrobiota Personalizovaná medicína33 Koppel et al., 2018 ̶ orální antivirotikum sorivudin ̶ protinádorové léčivo tegafur ̶ Bacteroides sp. Farmakoterapie Lidská mikrobiota Personalizovaná medicína34 http://www.discoverymedicine.com/Alain-Li-Wan- Po/files/2013/05/discovery_medicine_no_84_alain_li -wan-po_figure_2.jpg.jhtml?id=2|attachment_11 Vize Hostitelský mikrobiom Personalizovaná medicína35 ̶ Interakce mezi hostitelem a orálním mikrobiomem – kombinace přístupů Current Methods for Studying the Human Microbiome, 2017) ̶ Vývoj léčiv: • s vyšší účinností (identifikace genů tzv. „drug targets“) • s nižšími NÚ (stanovení individuální genetické predispozice pacienta + PREDIKCE účinnosti/toxicity potenciálních léčiv na základě změn v profilu genové exprese) • pro cílenou a kauzální terapii, tj. genovou terapii (identifikace genů asociovaných s patogenezí choroby) ̶ Postavení farmakogenetiky a farmakogenomiky je kruciální. Vize Farmaceutický výzkum Personalizovaná medicína36 ̶ Tato prezentace je autorským dílem vytvořeným zaměstnancem Masarykovy univerzity. ̶ Studenti kurzu/předmětu mají právo pořídit si kopii prezentace pro potřeby vlastního studia. ̶ Jakékoliv další šíření prezentace nebo její části bez svolení Masarykovy univerzity je v rozporu se zákonem. Informace o duševním vlastnictví Personalizovaná medicína37