1 Personalizovaná medicína a farmakogenetika farmakoterapie šitá na míru doc. RNDr. Petra Bořilová Linhartová, Ph.D., MBA ENVIRONMENTAL GENOMICS ̶ 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 AZV 2020-2023 Host microbiome in relation to Barrett´s esophagus (BE) and esophageal adenocarcinoma (EAC) development 17 Refluxní choroba jícnu esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) Helicobacter pylori 18 Helgadottir & Bjornsson, 2019 19 Inhibitory protonové pumpy (PPIs) ̶ léčiva – snižují obsah HCl v žaludku ̶ substituované benzimidazoly sulfonamid ̶ kovalentní vazba s PP – ireverzibilní inhibice (2-4 dny) ̶ omeprazol, lansoprazol, rabeprazol, pantoprazol, esomeprazol ̶ indikace: acidopeptické choroby (profylaxe, léčba) ̶ u 30 % jedinců úspěšná léčba; u 70 % pacientů léčba nastavena nevhodně ̶ PPI Metabolizace léčiv Personalizovaná medicína20 OME/ ESOME LANSO PANTO RABE Litalien et al., 2005 ̶ 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 medicína21 alela význam *1 standardní enzym *2 PM, inaktivní enzym (aberantní splicing) *3 inaktivní enzym (stop kodon) *17 UM CYP2C19 22 *1 Wild allele *2 „Poor“ allele (aberrant splicing in exon) *17 Ultrarapid allele (promotor) ̶ PPI Personalizovaná medicína23 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 ̶ CYP2C19 haplogenotyp AM – funkční testování ̶ optimalizace terapie (dávkování, volba preparátu) pacientů s GERD dle CYP2C19 haplogenotypu ̶ lékové interakce! ̶ Amplichip – upgrade – CYP2C19*17 vysoce frekventní v české populaci ̶ Shrnutí Farmakogenetická studie I. 24 https://web.archive.org/web/20110906084 820/http://molecular.roche.com/assays/Pa ges/AmpliChipCYP450Test.aspx Farmakogenetika 25 p < 0.001, φ = 0.630 CYP2C19 Borilova Linhartova et al., 2018 ̶ PPI 26 CYP2C19 ̶ PPI Kosma et al., 201627 Lansoprazol 28 Prediktivní fenotyp ŠPATNÝ METABOLIZÁTOR INTERMEDIÁRNÍ METABOLIZÁTOR EXTENZIVNÍ METABOLIZÁTOR RYCHLÝ METABOLIZÁTOR ULTRARYCHLÝ METABOLIZÁTOR lansoprazol metabolity Kosma et al., 2016 29 Prediktivní fenotyp *1 wild type alela *2 ↓ aktivity CYP2C19 (aberantní sestřih v exonu 5) *17 ↑ aktivity CYP2C19 (promotor) ŠPATNÝ METABOLIZÁTOR INTERMEDIÁRNÍ METABOLIZÁTOR EXTENZIVNÍ METABOLIZÁTOR RYCHLÝ METABOLIZÁTOR ULTRARYCHLÝ METABOLIZÁTOR 2,2 % 18,6 % 40,5 % 27,6 % 4,8 % Biorender; FDA - guideline 30 Zkoumaná kohorty 495 MAF Frekvenční analýza 58 Lanzul® (30 mg) *17 *2 25,56 % 14,14 % Prediktivní fenotyp Reálný fenotyp qPCRLCUV/MS Biorender; Bořilová Linhartová et al., 2018 31 Metodika 9 ml (EDTA) centrifugace 2 000 g (10 min) plazma Biorender 58 jedinců (profylaxe, léčba acidopeptické choroby) odběr po 3 hod Vylučovací kritéria: • užívání třezalky (induktor CYP2C19, CYP3A4 - ↓ účinku PPI) • Užívání léčiv ovlivňující metabolickou aktivitu CYP2C19 • Rozsah popálené plochy > 20 % TBSA • Pacienti s hepatální dysfunkcí Lanzul® (30 mg) plná krev + dest. voda Analýza fenotypu LC UV / LC MS Analýza genotypu qPCR 32 ̶ qPCR Metodika ̶ LC UV / LC MS ̶ kolona: Kinetex C18 (Phenomenex; 100 × 3,0 mm; velikost částic 2,6 μm) ̶ detekce: ̶ Lansoprazol – UV detekce při 280 nm (detektor diodového pole) ̶ 5-hydroxylansoprazol – MS detekce - Bruker EVOQ Qube trojitý kvadrupólový hmotnostní spektrometr s elektrosprejovou ionizací ̶ genotypizace variant *17 a *2 CYP2C19 33 ̶ 495 jedinců Frekvence prediktivních fenotypů CYP2C19 ̶ Subskupina 58 jedinců 0.8 18.0 8.7 37.4 27.9 7.3 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0.0 17.2 15.5 39.7 19.0 8.6 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2.2 18.6 6.4 40.5 27.6 4.8 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% EUR 1,7 mil jedinců 34 Závislost plazmatické hladiny LAN a OHL na prediktivním fenotypu CYP2C19 ̶ p=0,975 Gumus et al., 2012 ̶ p=0,244 ̶ 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 medicína35 Johnson a Cavallari, 2013 Personalizovaná medicína36 Individualizovaná farmakoterapie Imunofarmakogenetická studie: IVIg v terapii TEN Borilova Linhartova a Lipovy, 2020 ̶ WGS Individualizovaná farmakoterapie Personalizovaná medicína37 Caspar et al., 2020 ̶ Testovací panely Individualizovaná farmakoterapie Personalizovaná medicína38 http://personalizedhealthsolutions.com/services/pharmacogenomics/ http://agenabio.com/areas-of-interest/pharmacogenetic-solutions/ Amplichip CYP450 Test Recidivující aftózní stomatitida 39 ̶ symptomatická terapie, podpůrná terapie – Škachova kůra kyselina listová, pyridoxin ̶ kyselina listová je pouze prekurzorem biologicky aktivní látky – folátu označeného jako vitamin B9 ̶ glukosaminová sůl 5-methylfolátu (4. generace) - oproti 3. generaci je dlouhodobě stabilní, má vysokou rozpustnost ve vodě, lepší biologickou dostupnost a bezpečnost ̶ RAS Terapie Farmakogenetika40 ̶ polymorfizmy: C677T, A1298C ̶ geneticky podmíněná snížená aktivity enzymu → zpomalená metylace homocysteinu na methionin → akumulace homocysteinu v plazmě → KV riziko  Zvýšená prevalence tromboembolických poruch u nositelů  u homozygotních nositelek variantních alel zvýšené riziko spontánních abortů  výšená toxicita cytostatika CMF (cyklofosfamid, MTX, 5-FU) ̶ MTHFR (methylen-tetrahydrofolát-reduktáza) Kyselina listová Farmakogenetika41 Kyselina listová Dihydrofolát Enzym MTHR 5-methylfolát Tetrahydro folát Pilotní studie – PGx RAS Farmakogenetika42 Pilotní studie – PGx RAS Farmakogenetika43 ̶ 10 pacientů – genotypizovaní na haplogenotypy v genu MTHFR (IM a PM) ̶ Farmakoterapie v upraveném designu dvojitě zaslepené zkřížené studie (cross-over design) probíhala od jara 2018 v délce trvání 3 měsíců. ̶ Pacientům byl ve třífázovém schématu podáván aktivní folát (glukosaminová sůl 5methylfolátu), vitamíny B6 a D3 28x placebo 1x D3 28x B9 + B6 I. fáze kontrolní (28 dní) II. fáze terapeutická (28 dní) III. fáze sledovací (28 dní) 28x placebo ̶ Design Pilotní studie – PGx RAS Farmakogenetika44 Výsledky Pilotní studie – PGx RAS Farmakogenetika45 ̶ Výsledky ̶ zprostředkovává biologickou aktivitu vitaminu D ̶ VDR Pilotní studie – PGx RAS Farmakogenetika46 1,25(OH)2 D3 jádro VDRE DNA mRNA protein protein • ↑ funkce IS • ↑ apoptózy • ↓ angiogeneze VDR VDR mRNA VDR RXR 1,25(OH)2 D3 VDR RXR 1,25(OH)2 D3 Upraveno dle Khan TA, et al., 2015 ̶ Farmakogenetické vyšetření se provádí z nesrážlivé periferní krve odebrané do EDTA (2 ml). ̶ Prevence výskytu nežádoucích účinků ̶ Predikce účinnosti ̶ Vyšetření Individualizovaná farmakoterapie 47 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 48 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 medicína49 ̶ 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 medicína50 ENVIRONMENTAL GENOMICS ̶ 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 medicína52