OPVK CZ.1.07/2.2.00/28.0184
Základní principy vývoje nových léčiv OCH/ZPVNL Mgr. Radim Nencka, Ph.D. ZS 2012/2013
Objev hitu
Strategie objevu nových hitů
Strategie objevu nových hitů
Výběr biologické eseje Biologická esej (Bioassay / screen) • Sleduje zda má látka cílenou aktivitu – determinuje rozsah této aktivity • Základní rozdělení: • In vitro • In vivo
http://ibidi.com
Výběr biologické eseje In vitro •Enzymová esej – v dnešní době jsou díky genetickému inženýrství jednoduše dostupné • Enzymy se exprimují v rychle rostoucích buňkách – bakterie, kvasinky • Např. HIV proteasa naklonovaná a exprimovaná v E. coli
Výběr biologické eseje In vitro • Receptory • Vazebné eseje - Binding assays • Funkčí eseje na živých buňkách • na izolovaných tkáních nebo buňkách s exprimovanými receptory na povrchu buněk • Na ovariálních buňkách čínského křečka (CHO) – vhodné pro tento účel •
Podrobnosti o převodu takovýchto esejů do high-throughput – viz. Trends in Biotechnology 2012, Vol. 30, No. 11, 566.
Výběr biologické eseje In vitro •Buněčné eseje – u těchto esejí nemusí látky procházet střevy a přežít metabolické enzymy • Nepozměněné buněčné linie • Transformované buňky – nádorové linie
•Bakteriální kultury a kultury kmenů kvasinek a plísní
Výběr biologické eseje Fenotypový screening • Sledování účinků látek na buňky nebo celé organismy za účelem dosažení cíleného fenotypu. • Výhody např. pro sledování onemocnění nervového systému • Velmi často Danio rerio (Danio pruhované), ale i Xenopus (Drápatka), Drosophila
Výběr biologické eseje • Fenotypový screening
Výběr biologické eseje • Fenotypový screening
Výběr biologické eseje In vivo • Navození chorobného stavu • Zvířecí modely – např. navození zánětlivé reakce – úleva od zánětu • Transgenní organismy • myši s lidskými geny – stejné receptory x enzymy • náchylné pro určité onemocnění – např. rakovina prsu – preventivní účinky látek
Výběr biologické eseje In vivo • Problémy in vivo esejí • Zvíře trpí • Farmakokinetika i dynamika mohou byt odlišné • Pozorované symptomy mohou být způsobené něčím jiným • Mezidruhové rozdíly – např. methyl ester penicilínu – myši a krysy hydrolyzují – lidé a psi ne
Strategie objevu hitů 1. Systematický screening Low-throughput screening (LTS) • •
pod 10 000 tisíc bodu eseje za den Konvenční metodika – „na stole“
Current Opinion in Pharmacology 2009, 580–588
Strategie objevu hitů
High-throughput screening (HTS) • • • •
Rychlé in vitro testování 10 000 – 100 000 bodů eseje za den (ultra hightoughput screening uHTS nad 100 000) Prováděn roboticky na palatech s 384mi, 1536ti nebo 3456ti jamkami Testování knihoven sloučenin 1990 cca 200 000 sloučenin za rok 1995 cca 6 M sloučenin za rok 2000 cca 50M sloučenin za rok
High-throughput screening
Current Opinion in Pharmacology 2009, 580–588
High-throughput screening
High-throughput screening
Metody screeningu • Náhodný screening (Random screening) • • • • • • •
Bez znalosti látek s cílenou aktivitou – velmi užitečný Testovány látky bez ohledu na jejich strukturu Před 1935 v podstatě jediný přístup Díky HTS a uHTS velmi důležitý zdroj nových hitů i dnes Screen jak látek přírodních tak syntetických Objev antibiotik – streptomycin a tetracyklin Objev statinů
Metody screeningu • Cílený screening (Focused nebo targeted screening) • • •
Zabývá se zúženou skupinou látek s určitou podobností látkám získaným v náhodném screeningu V dnešním kontextu využívá výpočetní metody pro výběr takovýchto látek Snížení nákladů a náročnosti screeningu
Specifické metody screeningu • Screening intermediátů syntézy • •
Často jsou mezi nimi nalézána nová léčiva Např. při syntéze inhibitorů dihydrofolatreduktasy byl objeven merkaptopurin – optimalizace struktury vedla k objevu jeho proléčiva azathioprimu
Specifické metody screeningu • Nové hity (leady) ze starých sloučenin • SOSA přístup – „Selective Optimisation of Side Activities“ • Screenování nově objevených biologických cílů za použití dobře známých molekul léčiv – aktivita a toxicita je známá • Jsou to v principu „drug-like“ compounds • Řada příkladů v literatuře • Brisol-Myers-Squibb od sulfatiazolu k BMS-207940 ligand ETA receptoru - hypotenzní efekt – pro léčbu kongestivní selhání srdce
SOSA
Drug Discovery Today 2006, 160–164
Strategie objevu hitů 2. Design analog • Analogie existujících léčiv • Motivací jsou kompetice firem a ekonomická hlediska • Snaha vyhnout se patentovým restrikcím při zachování nebo zvýšení učinnosti • Označovány jako „me too“
Design analog A. Opravdová analoga („true analogues“) • Mají jak strukturní tak funkční podobnost • Příkladem jsou antagonisté receptoru pro angiotensin II
Renin-angiotensinový systém
Guyton A. C. a Hall J. E., Textbook of Medicinal Physiology, 11th ed.
Antagonisté receptoru pro angiotensin II
Design analog B. Strukturní analoga („structural analogues“) • Mají strukturní podobnost • Odlišné farmakologické vlastnosti • Příkladem jsou steroidní hormony
Design analog C. Funkčí analoga („functional analogues“) • Nemají strukturní podobnost • Shodné farmakologické vlastnosti • Příklad: diazepam vs. zolpidem a zopiklon
Design analog Pro
Proti
• Zlepšení vlastností původní látky • Je znamo hodně informací o farmakologii a toxikologii • Výchozí látka jako srovnání při klinických testech • Finančně výhodný vývoj • Může se objevit nová aktivita při testování
• Postrádá originální intelektuální vklad • Možnost cross-rezistence • Neslibuje stejný profit • Na trhu nebude sám.
Strategie objevu hitů 3. Využití biologických informací • Informace založená na pozorování účinků u lidí zvířat nebo mikroorganismů A. Pozorovaní na lidech a) etnofarmakologie • přírodní látky jsou jeden z nejdůležitějších zdrojů léčiv • historicky - digitalis, curare, kokain, reserpin
Využití biologických informací a) etnofarmakologie • přesto je lidová medicína dost nedůvěryhodný zdroj • pokud funguje – potvrzeni struktury totální syntézou – zjednodušení struktury
Využití biologických informací b) klinické pozorování • Pozorování vedlejších účinků léčiv • Špatné x Farmakologicky zajímavé • Farmakologicky zajímavé – snížení nebo odstranění původního účinku a posílení sekundárního účinku pomocí metod medicinální chemie
Využití biologických informací
Využití biologických informací c) nové použití starých léčiv • Někdy je pozorovaný efekt dostatečně silný pro využití léčiva pro jinou indikaci • Amiodaron – původně zaveden do klinické praxe pro dilataci koronárních cév při angině pectoris, stažen 1967 – 1974 opět schválen jako antiarytmikum při Wolff-Parkinson-Whitově syndromu
Nové použití starých léčiv • Tenofovir – původně schválen 2001 pro léčbu HIV/AIDS, při lečbě pacientů současně trpících Hepatitidou B (HBV) se zjistilo, že vykazuje velmi dobré výsledky i na HBV s prakticky nulovým vznikem rezistence – 2008 byl schvalen i pro HBV
Drug repurposing
Drug Discovery Today 2013 in press
Využití biologických informací d) průmyslové chemikálie jako zdroj nových léčiv • Nitroglycerin – vasodilatace – angina pectoris • Disulfiram – podpůrná léčba alkoholismu – původně antioxidat při výrobě gumy • Probukol – anti-hyperlipidemikum – antioxidant pro plasty a gumu – byl vyvijen, ale do kliniky se nedostal
Využití biologických informací B. Pozorovaní na zviřatech • Spousta důležitých jevů pozorována na zvířatech • Vinca rosea (Catharanthus roseus) – lidová medicína - antidiabetikum - zkoumání a izolace vinblastinu – žádný antidiabetický účinek, ale masivní leukopénie • Extrakt aktivní proti leukemii na myších – objevena cela skupina alkaloidu vinkristin, vinblastin, vinleurosin, vinrosidine
Využití biologických informací C. Pozorovaní na mikroorganismech • Penicilin
