GLP v biologii – syllabus (Luděk Bláha, RECETOX) GLP v biologii – základy QA/QC Přehled aplikací a postupů vyžadujících GLP + příkladová studie Vybraná témata detailněji: Léčiva a jejich regulace Zajištění zdraví člověka (a zajištění parametrů kvality) Bezpečnost látek pro člověka - toxikologické studie Laboratorní a pokusná zvířata Bezpečnost látek pro prostředí - ekotoxikologie Alternativní testovací systémy Problematika GMO Co vyžaduje SLP ? …zákony http://www.mvcr.cz/ clanek/sbirka-zakonu.aspx Archiv do 2008 Nové GLP v biologii - úvod • BIOLOGIE – experimentální věda vs. Praktická biologie/biochemie/mikrobiologie atd. • Nutnost dodržovat GLP zejména,když výsledky jsou využity při rozhodování = Praktická biologie a biochemie – Léčiva (registrace/povolení, výroba, kontrola, přípravy…) – Lékařská biologie a biochemie – Mikrobiologická kvalita (potraviny, pitná voda) – Průmyslové chemické látky, potravní aditiva, potenciálně nebezpečné agens (geneticky modifikované organismy) .. a jejich bezpečnost = toxikologie, ekotoxikologie, biodegradabilita, – Další zákonem dané oblasti ve vztahu k biologii – dodržení etických požadavků (např. práce se zvířaty/obratlovci) GLP v biologii – základní principy a příkladová STUDIE • V Biologii platí stejné principy jako pro chemické analýzy (viz předchozí přednášky – QA/QC, detailní SOPs, dokumentace …) • Příklad - „jednoduché“ STUDIE v režimu GLP Příkladová STUDIE (viz příloha) • Cíl studie: • Podkladový materiál pro registraci (povolení) využití aspirinu u prasat • Jeden z dílčích podkladových materiálů - popis farmakokinetiky aspirinu u prasat po jednorázovém podání (příklad) • Experimentální design: • 8 zvířat (prasat), jednorázová aplikace aspirinu • odběry krve v definovaných časech (0-144 h) • sledování hladin metabolitů K. AcSal a vyhodnocení • Realizace: • 1) Plán projektu (100 stran + přílohy SOPs) • 2) Výstup – Zpráva z realizace (detailní dokumentace vč. Veškerých odchylek) • Přímá – jmenovitá – odpovědnost konkrétních osob … atd. GLP v biologii 1 – Léčiva GLP v biologii 1 – Léčiva • GLP & přesná dokumentace vyžadována u humánních i veterinárních léčiv: – Registrace před použitím • průkaz a dokumentace farmakokinetiky, cílové aktivity ve srovnání s existujícími postupy, bezpečnost pro lidi + nově i pro životní prostředí … – Dokumentace celého životního cyklu - výroba, přípravy v lékárnách, kontrola kvality, aplikace, reporting vedlejších účinků, likvidace (nebezpečný odpad) – Státní autority: • SÚKL (Státní úřad pro kontrolu léčiv) • ÚSKVBL (Ústav pro státní kontrolu veterinárních biopreparátů a léčiv) www.sukl.cz www.uskvbl.cz Vývoj nových léčiv Vývoj nových léčiv Internet Pfizer GLP v biologii 1 – Léčiva • Základní zákonný dokument: • Český lékopis (viz příklad: ke zkoušce znát vnitřní strukturu a základní obsah) • Aktuální: Vyhl. MZd z roku 2009 (dopl. 2010) • Požadavky na jakost, postup při přípravě, zkoušení, uchovávání a dávkování léčiv • Řada dalších dílčích norem (např. požadavky na přípravy/nakládání s cytotoxickými léčivy = vedlejší karcinogenní účinky …) GLP v biologii 2 – ochrana (zdraví) člověka - GLP v biologii 2 – zdraví člověka • Zdraví člověka ovlivňuje řada faktorů, jejichž KVALITA musí být kontrolována (státem) a GLP hraje významnou roli: - preklinické studie léčiv (viz dříve) - potraviny, pitná voda, rekreační voda, vnější ovzduší, pracovní ovzduší, hlučnost … (+léčiva) - zdravotní péče (vyšetření, analýzy … správná lékařská praxe) • Zajištění kvality = Autority– Ministerstva (MZe, MZd, MŽP) a zřizované ústavy (řada překryvů v kompetencích) – Státní zdravotní ústav – Zdravotní ústavy (zpr. krajské) – Hygienické stanice – Státní veterinární správa www.mzcr.cz Krajské hygienické stanice (www.khsbrno.cz) www.szu.cz Zdravotní ústavy (příspěvkové organizace) – např. www.zubrno.cz Státní veterinární správa krajské veterinární správy (dozorující orgány jako KHS) Státní veterinární ústav (příspěvková organizace MZe) GLP v biologii 2 – zdraví člověka • Pro každou kategorii, tj.: – Potraviny, Pitná voda, Rekreační voda, Ovzduší – Zdravotní péče definovány různé požadavky na kvalitu • Chemické rozbory - limity pro vybrané toxické látky (různé druhy potravin, různé limity): toxické kovy – př. Hg, toxiny plísní, persistentní látky (polychlorované bifenyly, dioxiny), pesticidy, nepovolené náhražky • Mikrobiologická bezpečnost (kultivace nebo jiný průkaz patogenů - např. metody molekulární biologie - Listerie) • Specifické požadavky (např. prašnost – např. limity pro PM10 = particulate matter >10micrometrů, hlučnost …) • Lékařská vyšetření a analýzy (např. průkaz rakovinných biomarkerů, těhotenství, přítomnost HIV …) GLP v biologii 2 – zdraví člověka • Pro každou kategorii, tj.: – Potraviny, Pitná voda, Rekreační voda, Ovzduší – Zdravotní péče definovány různé požadavky na kvalitu • Chemické rozbory - limity pro vybrané toxické látky (různé druhy potravin, různé limity): toxické kovy – př. Hg, toxiny plísní, persistentní látky (polychlorované bifenyly, dioxiny), pesticidy, nepovolené náhražky • Mikrobiologická bezpečnost (kultivace nebo jiný průkaz patogenů - např. metody molekulární biologie - Listerie) • Specifické požadavky (např. prašnost – např. limity pro PM10 = particulate matter >10micrometrů, hlučnost …) • Lékařská vyšetření a analýzy (např. průkaz rakovinných biomarkerů, těhotenství, přítomnost HIV …) GLP v biologii 2 – zdraví člověka • Ten sleduje kvalitu (odpovědnost) – výrobci (voda, potraviny…), ale i prodejci – zdroje potenciálního znečištění (průmysl, čistírny Odp. vod …) – ale i běžný občan, NGO … • Musí (může) objednávat požadované rozbory: – Zajištění rozborů • akreditované laboratoře – Soukromé laboratoře – Státní zdravotní ústav, Zdravotní ústavy, Veterinární ústavy … GLP v biologii 3 Využití obratlovců jako modelů v biologii GLP v biologii 3 – MODELY v biologii • Existuje mnoho přístupů v biologii (řada musí být využívána při hodnocení „bezpečnosti“ pro zdraví člověka – viz předchozí diskuze – léčiva, bezpečnost chemických látek …) • Obratlovci: – in vivo (zvířata) – ex vivo (orgány zvířat) – in vitro (buňky, buněčné linie) • Bezobratlí • Rostliny • Bakterie Využití zvířat (=obratlovců) – zvláštní případ (etické aspekty…) • Právní rámec – nutnost regulace – Zákon na ochranu zvířat proti týrání 246/1992 – Vyhláška 311/1997 (o využití pokusných zvířat) • Odpovědný úřad – Ministerstvo zemědělství a jeho Ústřední komise pro ochranu zvířat www.eAGRI.cz (dříve www.mze.cz) Využití zvířat (=obratlovců) – zvláštní případ (etické aspekty…) • Zákon 246/1992 a Vyhláška 311/1997 definují – CO je zvíře = jen OBRATLOVEC (kromě embryí a plodu) • typy zvířat, laboratorní / pokusné ... – KDO smí zvířata využívat • Vyžaduje se registrace ÚKOZ (MZe) • Etické komise jednotlivých pracovišť – (mimo jiné) KDY se smí zvířata využívat pro pokusy • Ochrana zdraví člověka a prostředí • Výuka tam, kde je to nezbytné – JAK lze experimenty realizovat (dodržování pravidel GLP) • Zdůvodnění využití zvířat (musí být schváleno etickou komisí) • projekt pokusu, protokol pokusu, evidence Význam využití zvířat (obratlovců, savců / pokusných zvířat) • Unikátní 3D prostorové uspořádání • Fyziologické a Farmako(Toxo)kinetické procesy (podobné s člověkem) • Lze pozorovat komplexní účinky (podobné s člověkem) • Mnoho látek má více mechanismů toxického efektu • Z těchto a dalších důvodů - nutno testovat in vivo – Účinnost léčiv (vč. Vedlejších účinků) – Bezpečnost kosmetických přípravků – Toxicita chemických látek pro člověka LEGISLATIVA EU „REACH“ Zákon stanoví kdy lze pokusných zvířat využít – výroba, vývoj, kontrola kvality, nezávadnosti a účinnosti léčiv, biopreparátů, potravin a event. jiných výrobků – studium nemocí, prevence, diagnostika, léčení – studium fyziologických procesů – ochrana životního prostředí – výuka na SŠ a VŠ Zákon stanoví - kdy se zkoušení vyžaduje OCHRANA ČLOVĚKA a HOSP. ZVÍŘAT potraviny, zemědělské látky kontrola léčiv výroba léčiv - farmakologické preklinické studie farmakokinetika nežádoucí účinky toxicita (akutní, chronická) mutagenita, kancerogenita reprodukční toxicita GLP 4 Bezpečnost chemických látek - úvod Jsou nebezpečné/toxické látky regulovány ? • Do nedávna – neexistovala povinnost průmyslu prokazovat bezpečnost chemikálií • Existovala řada různých (často protichůdných) regulací • Současnost – EU = sjednocení – nová legislativa REACH – USA, Japonsko, Canada atd. – podobný vývoj • Pro zvláštní případy stále existují specifické direktivy (např. pesticidy …) REGULACE chem. látek v EU • Evropská unie - ECHA (European Chemical Agency) • REACH (Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals) EU toekomst: REACH REACH (Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals) • Všechny chemikálie vyráběné nebo dovážené do EU musí být registrovány, zhodnoceny (testovány) a autorizovány (náklady nese průmysl) • Hodnocení rizik – cca 30000 chemikálií – harmonogram dle důležitosti (nejdříve HVP - High Volume Production chemicals > 1000 t/rok, postupně ostatní • Hodnocené parametry – Fyz.chemi. vlastnosti + degradabilita, persistence – Toxicita pro člověka – Nebezpečnost pro prostředí - ekotoxicita REACH EU - předp. počty testovaných chemikálií REACH EU předp. náklady na testování GLP 4 Bezpečnost chemických látek pro člověka (toxicita, karcinogenita / lab. zvířata) Které látky jsou toxické ? • Každá látka je toxická, záleží jen na DÁVCE a DOBĚ PODÁNÍ (expozice) – Krátkodobá (akutní) expozice -> akutní rychlé účinky (smrt) – Dlouhodobá (chronická) expozice -> problematičtější efekty (nemoci, nádory, imunotoxicita, reprodukční toxicita …) • Hodnocení a srovnání toxicity: – nejč. LD50 (letální dávka 50) – dávka, která s největší pravděpodobností způsobí smrt 50% exponovaných jedinců (vyjádření jako koncentrace – např. mg/kg živé váhy) – další parametry „bezpečnosti“ – např. TDI –tolerovatelný denní příjem (např. mg/kg živé váhy/den) AKUTNÍ TOXICITA perorální podání – lab. zvíře:potkan CHRONICKÁ TOXICITA • Vyšetření méně specifických efektů při dlouhodobém (opakovaném) podávání • Dávky pro testování se odvozují z akutní toxicity (nejvyšší koncentrace odpovídající LD50, dále 10x a 50x nižší) • Délka studie závisí na „předpokládaném“ schématu podávání látky • př. Léčivo předpokládané podávání délka studie • 1-2 d/wk 2 wks • 1,2,3 ...7 d 4 wks • Opak 1-30 d 4 months • Opak > 30 d 6 months • Složitý design a řada požadavků – Zvířata (více druhů, stáří, pohlaví…), počty ve skupině • Vyhodnocení - pitva (definované úkony), statistika … • Ekonomická náročnost , etické problémy … GLP! REPRODUKČNÍ TOXICITA • Zjišťuje se vliv na – sexuální chování zvířat – prenatální mortalitu – fetální abnormality & poškození během života • Experimenty – změny fertility, vliv na F a M gamety (poměry narozených F a M); toxicita pro embrya a féty, změny gravidity ovlivňující fety, vliv na růst a vývoj dělohy a placenty, porod, postnatální vývoj a laktaci matky, vliv na potomstvo (schopnost učení) • Složitý design a náročné vyhodnocení – viz chronická toxicita HODNOCENÍ KANCEROGENITY • Mutagenní a genotoxické látky – zpravidla považovány za karcinogenní – Rakovina – velký problém pro západní civilizaci – Oproti jiným toxickým látkám - karcinogeny jsou považovány za „bezprahově působící“ • Neexistuje bezpečná dávka (i jedna molekula může vyvolat efekt) • Experimentální průkaz karcinogenity – nejnáročnější studie (celoživotní expozice, stovky zvířat v experimentu …) – POZOR - ne vždy však existují korelace výsledků - zvíře vs. člověk (!) • Řada klasifikačních schémat chemických látek – WHO (Světová zdravotnická organizace) – IARC - Intern. Agency for Research of Cancer http://www.iarc.fr KLASIFIKACE IARC • Group 1: The agent (mixture) is carcinogenic to humans. • Group 2 – Group 2A: The agent (mixture) is probably carcinogenic to humans. – Group 2B: The agent (mixture) is possibly carcinogenic to humans. • Group 3: The agent (mixture or exposure circumstance) is not classifiable as to its carcinogenicity to humans. • Group 4: The agent (mixture) is probably not carcinogenic to humans. Group 1 (Carcinogenic to humans) Group 2A (Probably carcinogenic) Příklad Karcinogenita cytostatických (protinádorových) léčiv Risk / Benefit analýza využití jako léčiva GLP 5 Bezpečnost chemických látek pro prostředí = ekotoxikologie Ekotoxikologie • Věda s řadou aplikací, jejímž cílem je racionálně chránit EKOSYSTÉM, populace a společenstva organismů (na rozdíl o toxikologie – předmětem je ochrana jednoho druhu = člověk) • Ekosystém – složitá struktura a funkce bioty • Nutná je ochrana všech stupňů (trofické úrovně) – Producenti (řasy, rostliny …) – Konzumenti různých řádů (bezobratlí, obratlovci) – Destruenti (mikroorganismy) • Nelze otestovat účinky na všechny druhy – existují „modely“ = zástupci významných skupin (trofických stupňů) • Hodnocení ekotoxicity – podobné principy jako toxikologie – LC50 (letální koncentrace 50), EC50 (efektivní koncentrace 50 – např. reprodukční toxicita) - NOEC – bezpečná hladina („no observed effect concentration“ Rovnováha ekosystému a význam potravních sítí Řasové testy toxicity Řasy Selenastrum capricornutum Scenendesmus subcapitatus Sc. quadricauda Chlorella vulgaris Příklady modelů hodnocení – Ekotoxikologické biotesty Producenti - ve vodě - v půdním prostředí Toxicita pro rostliny (terestrický ekosystém) - zástupci jednoděložných i dvouděložných (užívá se více druhů) Daphnia magna Artemia salina Ceriodaphnia dubia Gammarus Chironomus riparius Příklady - Ekotoxikologické biotesty Konzumenti – bezobratlí – vodní prostředí Živorodka duhová (Paví očko), Poecilia reticulata Zebřička - Danio rerio (syn. Brachydanio rerio) Karas (zlatá forma) Střevle - Pimephales promelas Pstruh Příklady - Ekotoxikologické biotesty Konzumenti – obratlovci – vodní prostředí Experimentální uspořádání – testování ekotoxicity ve vodním prostředí BAKTERIE – významný model v testování • Snadná kultivace, krátký generační čas, jednoduché uspořádání (jediná membrána), jednoduchý genetický aparát • Využití při testování „bezpečnosti“ látek (i jiných vzorků – extrakty z potravin …) – rychlé (skreeningové) testy akutní toxicity (MICROTOX) – Testy na genotoxicitu - jednoduché sledování poškození DNA: Amesův test TEST AKUTNÍ TOXICITY - MICROTOX - mořská luminiscenční bakteri Vibrio fisheri - krátkodobá expozice testované látce (5-30 min) - sledování změn přirozené luminiscence – odpovídá toxicitě - uspořádání: kyvety (zkumavky), stanovení v luminometru Mikrobiální ekotoxikologické biotesty - Test na reverzní mutace se Salmonella typhimurium -Původní kmen neroste na živném médiu - Látka vyvolá (reverzní) mutaci -> bakterie rostou Amesův test Jaké testy se reálně užívají? Existují alternativy k in vivo testům ? Standardizace v biologii vs. alternativy Standardní metody • V odborné literatuře … velké množství experimentálních metod • Méně metod je standardizovaných a validovaných: • STANDARDIZACE metod – výsledky akceptovatelné mezi státy – snižování nákladů / omezení opakovaných hodnocení • Přejímání standardizovaných metod do legislativ – např. ČR – Vyhl. 433/2004 Sb. – Metody testování toxicity (vychází z OECD guidelines – viz příklad zákon !) • Standardizační agentury: OECD.org (! Velký význam – viz úvod do GLP/chemie) ISO.org (spíše Evropský dopad) ASTM.org (USA) 5 hlavních sekcí OECD GUIDELINES – v rámci každé „standardizované postupy“ Section 1: Physical Chemical Properties Section 2: Effects on Biotic Systems (16 postupů) Section 3: Degradation and Accumulation (8 postupů) Section 4: Health Effects (86 postupů) Section 5: Special Activities OECD GUIDELINES – Chemicals Testing www.oecd.org http://www.oecd.org Příklady – OECD Guidelines – sekce „2“ Effects on biotic systems (2010 - celkem 33 návodů) Příklady – OECD Guidelines – sekce „3“ Příklady – OECD Guidelines – sekce „4“ – Toxicita pro člověka – celkem 86 postupů (příklady dole) - Standardní postupy - akutní, chronickou, reprod. toxicita (viz dříve) Možnosti využití různých modelů v biologii – Obratlovci – tj. in vivo (celá zvířata) • Řada etických a praktických (finančních) limitací – Náhrada in vivo experimentů - koncept "3R" • Reduction (Snižování), • Refinement (Zmírňování), • Replacement (Nahrazování) – Alternativní metody • ex vivo (orgány zvířat) • in vitro (buňky, buněčné linie, enzymy …) Výhody alternativních metod – snižování počtů zvířat – mechanistické metody ("dioxinová" toxicita) – rychlejší, levnější, možnost hodnocení více vzorků Alternativní metody • Mezinárodní agentury pro validaci alternativních postupů (cílem je „3R“) – ICVAM (USA) – EU: ecvam.jrc.it • ECVAM (European Centre for Validation of Alternative Methods) • Časopis ATLA (Alternatives to Laboratory Animals) • Kompletní návody na validované postupy (tedy ověřené), které splňují 3R, ale nejsou zatím registrovány standardizačními agenturami http://ecvam.jrc.ec.europa.eu/ http://iccvam.niehs.nih.gov/ Příklad – validovaná in vitro technika hodnocení embryotoxicita in vitro buněčné techniky další příklady - "alternativní" techniky (dle ECVAM) • Embrya a plody (ze zákona nejsou považovány za „zvíře“) – CHEST Chick Embryotoxicity Screening Test – FETAX Frog Embryo Teratogenesis Assay Xenopus (validovaná alternativa testů teratogenity) CHEST test - Injekce testované látky do vyvíjejícího se vajíčka Hodnocení malformací FETAX test - Hormonální stimulace žab X. laevis vajíčka - Expozice oplozených vajíček - 96 hodin kompletní vývoj embrya Příklad – vliv herbicidu – paraquat Kontrolní embryo Malformace páteře Problematika regulace Geneticky Modifikovaných Organismů (GMO) GMO v ČR • Zákon 153/2000 • Vyhlášky 372, 373, 374/2000 MŽP • Definice: – Organismus • biologická jednotka (buněčná nebo nebuněčná) schopná rozmnožování nebo přenosu dědič. materiálu včetně virů .... – GMO • organismus (kromě člověka) změněný gen. modifikací Genetická modifikace - zákon • Co je Genetická modifikace: ? – rekombinantní techniky vytvářející nové kombinace DNA - vložení nového úseku jakýmkoliv způsobem do NK, plazmidu, vektoru ... – techniky zavádějící děd. materiál připravený mimo organismus do organismu (mikroinjekce, mikroenkapsulace ...) – techniky buněčné fúze, hybridizace buněk (!produkce monoklonálních protilátek) • Co není Genetická modifikace? – oplození in vitro – bakteriální konjugace a všechny podobné přirozené procesy – indukce polyploidie a haploidie – mutageneze – křížení Proč regulovat GMO ? • Předběžná opatrnost – stále málo prostudováno – neznáme možné důsledky vnášení do prostředí, například: • přímé nebo nepřímé škodlivé působení na člověka, zvířata, rostliny » onemocnění (GM bakterie) » alergizace, toxicita • vliv na dynamiku populací a genetickou rozmanitost • omezení možnosti léčby (rezistence vůči ATB) • účinky na biogeochemické procesy (fixace dusíku, koloběh uhlíku ...) Příklad – GM kukuřice s geny pro „Bt“ toxin z Bacillus thuringiensis - Toxiny působí proti škůdcům (? Působení toxinů z opadaných listů na biotu v půdě/vodě) Regulace GMO v ČR • Hlavní orgán: Ministerstvo ŽP, které registruje: – seznamy uživatelů (právnické osoby) – seznamy GMO • pro uzavřené nakládání • pro vnášení do prostředí (experimentální hodnocení v prostředí) • pro vnášení do oběhu (povoleno pro obchodování) • Další orgány – ČIŽP, celní orgány, orgány veterinární správy, ÚKSÚZ, SZÚ, ÚSKVBL, ČZPI Povinnosti uživatele GMO • REGISTRACE – Složitá forma žádosti - řada požadavků (př. přesná definice genetické změny pro účely identifikace…) – Pověřené osoby (vzdělání, praxe ...) – Odborný poradce • Před zápisem do seznamu je nutné provedení analýzy rizika a kategorizace konkrétního GMO - popis náležitostí je ve vyhlášce Analýza rizika GMO - 4 kategorie • A - bez rizika nebo s min. rizikem škodlivého působení • B - riziko, které může být odstraněno obecně známými opatřeními • C - riziko, které může být odstraněno jen zvláštními náročnými zásahy • D - riziko, které zanechává trvalé následky a nemůže být zcela odstraněno • Podle kategorie rizika je nutno zabezpečit provoz zařízení – vybavení – provozní řád (režim SLP) • identifikace, osoby, seznam a popis pracovních postupů, výčet GMO a jejich počet, zásady vedení evidence o provádění sanitace, hygiena, vedení dokumentace ... • opatření pro případ havárie - speciální havarijní plán Nakládání s GMO – důkladná dokumentace (SLP režim) • PLÁN ETAPY – účel, údaje o organismu, osoby, specifikace materiálu, postupy nakládání, likvidace, odpady – schválení odborným poradcem • Provozní deník (každý zápis s podpisem) – plán etapy, průběh etapy – primární údaje (!) – zápisy o kontrolách • Závěrečná zpráva etapy • Průběžná archivace a reporting -> MŽP