Vývoj léků / Drug development Léčivá látka nebo léčivý přípravek je určený k podání člověku nebo zvířeti za účelem příznivého ovlivnění zdraví Léčivé látky jsou „látky určené k tomu, aby byly součástí léčivého přípravku; způsobují jeho účinek. Roční náklady na léky v ČR Tržby z prodeje léčiv: TOP10 farmaceutických firem 2004 (miliardy USD) Johnson & Johnson 47.4 Pfizer 45.2 GlaxoSmithKline 39 0 Novartis 28 2 Hoffman LaRoche 24 5 Merck 22 9 AstraZeneca 21.4 Aventis-Sanofi 20 4 Abbott Labs 19.7 Bristol-Myers Squibb 19.4 2005 (miliardy USD) Pfizer 44.2 GlaxoSmithKline 34.0 Aventis-Sanofi 34.0 AstraZeneca 24.0 Johnson & Johnson 22.3 Merck 21.9 Novartis 20.3 Abbott Labs 19.7 Hoffman LaRoche 16.6 Bristol-Myers Squ ibb 15.3 2006 (miliardy USD) Pfizer 45 1 GlaxoSmithKline 37.0 Aventis-Sanofi 35 6 AstraZeneca 25 7 Johnson & Johnson 23 3 Merck 226 Novartis 28 9 Wyeth 15 7 Hoffman LaRoche 26 6 Eli Lilly 14.8 Od objevu na trh 6,5 let 1,5 2 3,5 1,5 ex vivo testování 2" zvířecí modely ^ 3 i_ Q 0) Preklinické testy "čč o +-> O) w > Fáze I Fáze II Fáze III Klinické zkoušky Schvalovací proces 5000 látek 5 látek 1 léčivo 12 Year of NDA Approval Investigational New Drug (IND) 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 Proč vyvíjet nová léčiva ? Požadavky společnosti / Návratnost nákladů •Rozšířená diagnóza •Pacient bude užívat lék dostatečně dlouho •Schopnost hradit náklady Orphan drug development- vývoj léků pro léčbu vzácných chorob Farmakodynamika studje co dělá léčivo s organismem =mechanismus účinku Farmakokinetika studuje co dělá organismus s léčivem n Liberation. Absorption Distribution Metabolism Excretion Výběr onemocnění a výběr cíle Cílové chování organismu Fyziologický proces tkáň Chování buňky Molekulárně biologické procesy Jednotlivé proteiny Jednotlivé domény Specificita Atropa belladonna •my dri atický efekt •1831 krystalická forma- Mein •1901 chemická syntéza Richard Willstätter •v současnosti základní lék v léčbě srdečního selhání Willow bark and salicylic acid Doctrine of Signatures The Rev Edward Stone (1760s) searched along a riverbank (i.e. a cold and wet place) for a plant-based cure for the fevers associated with influenza. Found that the bark of the willow was effective in reducing fever. Native American Cherokees used willow bark for such purposes for centuries. * willow bark contains salicin * metabolized in vivo to the active agent salicylic acid -> * salicylic acid and more tolerable "prodrug" aspirin made in late 19 century -> * mechanism of action not discovered until the 1970s. Paul Ehrlich (1854-1915) The so-called 'father of modern chemotherapy'. Original proponent of the "magic bullet" he aimed to use chemicals to treat disease. In 1910 the first fully synthetic drug was made: LSalvarsan' which contained arsenic! e ® © 0 CI H3N NH3 CI H° #^AS=AS\ ff°H Salvarsan Used for treating sleeping sickness (trypanosomiasis) and syphilis (caused by Treponema pallidum). The Nobel Prize for Medicine 1908 Thalidomid •püvodne sedativum-hypnotikum (1957-1961) •teratogenni ücinky (10 000-20 000 obeti) o > 3 o J* N O o > c > o +J (0 0 +J £ o 15 >N Ü "E 3 c c o o E Q) C O Amyotrophic lateral sclerosis Aphthous ulcer Behcet's syndrome Brain cancer Breast cancer Cachexia Colorectal cancer Congestive heart failure Crohn's disease Diarrhoea Fibrodysplasia ossificans progressiva Graft-versus-host disease Haematological malignancies HIV infections Hodgkin's disease Kaposi's sarcoma Leukaemia Macular degeneration Malignant melanoma Mycobacterium avium complex infections Myelodysplasie syndromes Myelofibrosis Myeloid leukaemia Non-Hodgkin's lymphoma Non-small cell lung cancer Ovarian cancer Pain Prostate cancer Prurigo nodularis Renal cancer Rheumatoid arthritis Small cell lung cancer Systemic lupus erythematosus Thyroid cancer Tuberculosis Identifikace^ Validace^\ '^en*'^^?f^pptimalizace ^\ Testy na cíle// c\\e// §tZwtu^// struktury// zvířatech Jak identifikovat cíl terapie (nejčastěji konkrétní protein) •analýza procesu / nemoci na molekulární úrovni •genomické přístupy •proteomické přístupy Identifikace cíle Validace cíle ldentifikacé\ ~ ~ vůdčí )9Ptima'lzace xyjY struktury struktui Testy na zvířatech proteiny 45% membránové receptory 28% enzymy 11% are hormones and factors 5% ion channels 2% nuclear receptors Vazba na receptor, iontový kanál (na membráně) •přirozený ligand •kompetitivní inhibitor •agonista •protilátka Enzymy, intracelulární proteiny •přirozený substrát •blokátor aktivního místa •inhibice protein-proteinových interakcí •inhibice ATP- GTP- ázové aktivity High throughput sekvenování •nádorová onemocnění •infekční nemoci Sirigle-stranded DNA _ O Adaptors I:,:ed to DNA DNA immobilized on bead and amplified in water-oil emulsion DNA polymerase and enzymes on beads b SOUD Random oligonucleotides with Primer to known ľ dínucleotide adaptor-^ 9^9 SACATqnnaCTlinTiĚSAiinngTGtinil % Adaptor sequence CCACATnr 1 *1 S Known base ťrom adaptor AGCI^lACGACGACGTACTGACAACAGTACTE I \*4 „ TA É ♦0 «0 »0 G É C É A C SoleiaGA Amplified DNA spots br <í Immobilized on substrát? d Heliscopí Terminator A dNTP Jh >C ,*&cít*T ÍA<>_ DNA ^* polymerase Unamplified immobilized DNA Single species dNTP Single species *np0c t Pacific Biosciences Highly focused detection path Detection volume Immobilized DNA polymerase DNA polymerase • 2S0 nucleotides ■ 400,000 reads • 100 Mb • 35-50 nucleotides ■ Til million reads • 0,000 Mb Coding scheme second base A CG T A«00* <:«♦♦<> G0**t> • 50 nucleotides • 30 million reads . 1,500 Mb • 50 nucleotides • 30 million reads • 1,500 Mb tlx Komparativní proteomika SI LAC Adaptation phase Starting culture in DMEM Media with "light" A A (« l Media with L"heavy" AA (+) mlz mlz Begin SI LAC adaptation phase Subculture cells as needed mlz c * 1 mlz Culture desired number of dishes allowing five doublings mlz b Experiment phase Control State A (light • Perturbed State B (heavy*) Mix cells/lysate 1:1 Optional protein or peptide fractionation analyze sample with mass spectrometry Intensity of MS signals between light and heavy peptides give relative protein abundance between cell states A and B mlz i Komparativní genomová hybridizace a čipové analýzy genové exprese 1 Labeling of genomic tumor DNA and normal genomic control DNA by Nick translation Biotin-labeled tumorDNA Digoxigenin-labeled control DNA 2. Simultaneous hybridization of differentially labeled tumor and control DNAs to normal human metaphase spreads 3. Fluorescence detection of the hybridized DNAs W W —:_ _ii Z-S. 4. Result balanced DNA content overrep reservation of the whole chromosome within the tumor DNA underrepresentation of the long arm within the tumor DNA high level amplification Cancer Cells Normal Cells i Reverse Transcriptase Labeling 1 "Red FI ou res cent" Probes "Green Fluorescent" Probes Combine Targets Hybridize to Microarray Protinádorová léčba: to co je amplifikované, je pro nádorovou buňku důležité a proto stojí za to, to inhibovat Validace^\ '^en*'^^?f^pptimalizace ^\ Testy na Cíle^ struktur/ struktury/' zvířatech inhibice funkce proteinu •siRNA, microRNA, antisense RNA •dominantně negativní mutanty •inhibiční protilátky, single chain •peptidy aktivace funkce proteinu •tranfekce, over-exprese •bodové mutanty •aktivační protilátky •peptidy Identifikace cíle Validace cíle ldentifikacé\ - ~ vůdčí )9P*ima'lzace struktury^ struktury^ Testy na zvířatech Testované látky Přírodní látky, extrakty Knihovny chemických látek Peptidové knihovny Modelování struktury Molecular docking Empirický přístup Racionální přístup Identifikace^ ValidaceN\ ldent'^^?f^Optimalizace N\ Testy na cíle// cíle// struktu