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 452 GlaxoSmithKline 390 Novartis 282 Hoffman LaRoche 245 Merck 229 AstraZeneca 21.4 Aventis-Sanofi 20 4 Abbott Labs 13.7 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 Squibb 15.3 2006 (miliardy USD) Pfizer 45 1 GlaxoSmithKline 37 0 Aventis-Sanofi 35.6 AstraZeneca 25 7 Johnson & Johnson 23 3 Merck 22 6 Novartis 23 9 Wyeth 15.7 Hoffman LaRoche 266 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) (/> > 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 [L 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 •mydriatický efekt •1831 krystalická forma- Mein •1901 chemická syntéza Richard Willstátter •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 19th 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: Salvarsan" which contained arsenic! e ® © © CI H3N NH3 CI 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 N O o > c > o ■Ö E o ;g >N Ü "E c >(D C o o E • c: mlz 1" Hi • c 1 mlz > mlz b Experiment phase Control State A (Sight • 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 L Labeling of genomic tumor DNA and normal genomic control DNA by Nick translation Cancer Cells Normal Cells _^_ 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 1— * _u. 4. Result balanced overrepreservation underrepresentation high level DNA content of the whole of the long arm within amplification chromosome within the tumorDNA the tumor DNA I Reverse Transcriptase Labeling J "Rod FloureaĽant" Probes '"Grŕírt FluurtSS-tCrtt" Prú bé S Combine Targets Hybridize to Microarray Protinádorová léčba: to co je amplifikované, je pro nádorovou buňku důležité a proto stojí za to, to inhibovat Validace^X '^en*'v'^?f^^ptimalizace ^\ 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 ldentifikacé\ - ~ vůdčí ^P*3 ace c\\e// . // struktury strukturv/y / Testy na zvířatech Testované látky Přírodní látky, extrakty Knihovny chemických látek Peptidové knihovny Modelování struktury Molecular docking Empirický přístup Racionální přístup Identifikace cíle Validace cíle ldentifikacé\\- ~ vůdčí ^P*3 ace struktury/y struktury^ Testy na zvířatech Výběr modelu Assay development Zvířecí modely Tkáňové kultury Modelové organismy (bakterie, kvasinky) Biochemické testování Fungování in vivo Cílení Specificita účinku Reportérovy gen i-' Promotor Enhancer Vazebné místo pro transkropční faktor DNA GFP Luciferáza beta-galaktozidáza Reportérova buněčná linie /organismus Testovaná látka Signalizace Identifikace biologicky aktivního peptidu ^součást přirozeného proteinu (vazebného partnera) náhodný výběr- Phage display, peptidové knihovny combinatorial library of 10^ random peplide Ins els In minor protein coat colli) Incubation of target materisl with library unbound phage are washed away Pn Pn Pn A 1 tn Tli Pn Pn P# to 1 1» !l- Pn ■ ri Pn EH 1 l- Tki P^ hn P^ Tkl hi vi Ml ■ b ■ Pn . •j EH 1 Pn Hi |m amptifi cation of eluted phage pH elurtion or bound phagi pepli.de binding sequences FRET- Förster (fluorescence) resonance energy transfer \CCEPTOR -1- R0=50 K_ Sift Energy Transfer Efficiency Ra=50% transfer efficiency distance 3nrn~7nm "Spectroscopic Ruler" 0© A. AL © © iL FRET- Förster (fluorescence) resonance energy transfer Excitace Emise ílový protein/doména Emise Inhibitor Excitace Oil a o viz Emise Cílový protein/doména Inhibitor Emise Bioluminescence Resonance Energy Transfer no BRET BRET BLUE (48Snm) BLUE YELLOW (530nm) Coelenterazine -> Coelenteramide 485 nm +- 02 Renitta +■ C02 +■ h v lu cif erase Identifikace cíle Validace cíle ldentifikacé\ - ~ vůdčí ^P*3 ace struktur Stmktury Testy na zvířatech ■i i" High Throughput Screening & Combinatorial Chemistry CADD-computer aided drug design Modelování struktury Molecular docking Výběr struktury Virtuální chemická knihovna v v Výběr kavity, aktivního místa Filtrování Velikost, hydrofobicita, flexibilita. Lipinski rules Molecular docking Rigid / flexible Modelování Syntéza Verifikace Pharmacophore Molekulární rámec (vzore, kostra), který nese prostorový popis vlastností chemické látky, která se váže do specifického místa molekuly Informace o : •Hydrofobicitě •Velikosti •Prostorovém uspořádání •Vodíkových můstcích •Iontových interakcích STP: PREDICTING PROTEIN BINDING SITES HUM STP FBJNMJLTPLESTP CONTACT UE TUTORIAL Welcome to the STP website! STP is a handy tool for predicting the location of binding sites. STP relies on the propensities of triplet patterns to indicate whether a patch is likely to be a binding site or not. All you need is your PDB Hie and STP will color it for you For any questions, click here Software pro predikci vazebných oblasti na molekule proteinu •Vstup: PDB struktura •Vystup: pravděpodobnost vazby nizkomolekularnich látek do kavit EDinburgh University Llgand Selection System Filtrování virtuální knihovny nízkomolekulárních látek Lipinskľs Rule of Five 4 pravidla která by měly nízkomelukulární látky splňovat aby se mohly stát léčivy •Maximálně 5 donorů vodíkových vazeb (OH, NH2) •Maximálně 10 akceptorů vodíkových vazeb (O, N) •Molekulová hmotnost pod 500 Da •Rozdělovači koeficient (Partition coefficient) Oktanol:Voda logP nižší než 5 oooe© centre For trnnstaitonal nrri ctiemicFil bioLogy Lidaeus: Llgand Discovery At Edinburgh University Preen Pose Score Sort ——-^ -F- Komplexní softwarové řešení pro drug design Identifikace cíle Validace cíle ldentifikacé\ - ~ vůdčí ^P*3 ace strukturv/y struktury^ Testy na zvířatech R3 / R2 R1 Vůdčí struktura Kombinatorická syntéza Ft! $\ Ü "■■«■■1 iiii Screening Krystalizace, NMR 'St. Modelování > ■ Ti 1 H Identifikace ^\ Validace^X '^en*'v'^a?f ^Optimalizace ^\ Testy na cíle// cíle// struktun-^ struktury/^ zvířatech Farmakokinetika studuje co dělá organismus s léčivem Liberation. Absorption Dj Distribution Metabolism EE Excretion Clinical testing • {Phase 0 (non-clinical)} • Phase 1 (volunteers) • Phase 2 (patients) • Phase 3 (large scale multi-centre) • Phase 4 (post registration monitoring) phases can also be defined by the information you are trying to get out of the testing Volunteer studies (phase I trials) pharmacologists & employees (15-30 in number) ethical approval healthy informed consent full rescussitation + medical backup monitor single and repeat doses increase dose levels Volunteer studies (phase I trials) OBJECTIVES • metabolic and excretory pathways (impinges on toxicity testing in animals) • variability between individuals; effect of route; bioavailability • tolerated dose range • indication of therapeutic effects • indication of side effects Patient studies (phase 2 trials) • 150-350 ill people; informed consent • needs licence • maximum monitoring; full rescussitation • often patients where other treatment failed • OBJECTIVES: indication for use; type of patient; severity of disease; dose range, schedule and increment; pharmacokinetic studies in ill people; nature of side effects and severity; effects in special groups. Patient studies (phase 3 trials) • 1500-3500 ill patients • multicentre? • more certain data for the objectives of phase 2 studies • interactions between drugs start to become measurable in the larger population • sub-groups start to be established • special features and problems show up