Racionális gyógyszerfejlesztés

Racionális gyógyszerfejlesztés

2015.11.11.

Racionális gyógyszerfejlesztés Bölcskei Kata Pécsi Tudományegyetem Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet

KLINIKAI FARMAKOLÓGIA gyógyszerek hatásainak tanulmányozása humán vizsgálatokban 1. forgalomban levő gyógyszerek alkalmazásának optimalizálása 2. fejlesztés alatt álló gyógyszerjelöltek hatásának vizsgálata

1


2015.11.11.

Gyógyszerfejlesztés az a folyamat, amely során a gyógyszerjelölt molekulát a felfedezésétől a forgalomba hozatali engedélyig eljuttatják az engedélyezéshez bizonyítani kell a gyógyszerjelölt HATÉKONYSÁGÁT és BIZTONSÁGOSSÁGÁT hosszadalmas és rendkívül drága folyamat, amelynek igen alacsony a hatásfoka a legszigorúbban tevékenység

szabályozott

emberi

6-9 ÉV

3-6 ÉV

Klinikai vizsgálatok Gysz. felfedezés

Preklinikai vizsgálatok

I. Fázis

II. Fázis

III. fázis

EGÉSZSÉGES ÖNKÉNTES BETEGEK ÁLLATOK > 1000 hatékonyság ÖNKÉNTESEK 100-300 <100 gysz. biztonság biztonság, tolerálhatóság hatékonyság, gysz. interakciók, ADME ADME

Klinikai vizsgálati engedély

IV. fázis

post-marketing vizsgálatok

Forgalomba hozatali engedély (Törzskönyvezés)

2


2015.11.11.

A gyógyszerfejlesztés hatásfoka attrition („lemorzsolódás”) a további fejlesztésből kieső hatóanyagok aránya lehetséges okok: hatástalanság, toxicitás, farmakokinetikai tulajdonságok, stratégiai okok

rossz

Klinikai jelölt molekulák sikeres engedélyeztetésének aránya terápiás terület szerint

3


2015.11.11.

A gyógyszerfejlesztés kumulatív költségei 800

600

400 Drug discovery

200

e

nc h

III

La u

II Ph as

e

I Ph as

e

H

Ta r

Ph as

-to -h it itLe to -le ad ad op tim Pr iz ec at lin io n ic al te st in g

0 ge t

Cumulative cost (million USD)

873 million USD

GYÓGYSZEREK

KISMOLEKULÁJÚ

BIOLÓGIAI (BIOLOGIKUMOK)

< 500 dalton

makromolekulák

természetes eredetű vagy szintetikus

biológiai folyamatok termékei

- a szervezet makromolekuláit (receptorok, enzimek stb.) specifikusan moduláló szerek

- (közel) azonos az endogén makromolekulával (pl. inzulin) - terápiás monoklonális antitest - receptor-fúziós protein

4


2015.11.11.

A gyógyszerfelfedezés stratégiái 1. FENOTÍPUS-ALAPÚ gyógyszerfelfedezés (PHENOTYPE-BASED drug discovery - PBDD) a farmakológia klasszikus megközelítése: empirikus szűrés („próbálgatás” - trial by error) - a gyógyszer által kiváltott biológiai hatás megfigyelésén alapul - in vivo betegségmodelleken - a anyagokat a teljes szervezetre vagy izolált szervekre gyakorolt hatásra szűrik

acetilszalicilsav

morfin

fűzfakéreg, nyírfakéreg stb.: láz- és fájdalomcsillapító HATÁS

XIX. sz eleje: szalicilátok izolálása számos növényből

HATÓANYAG

máktej (ópium): altató, fájdalomcsillapító

1803: morfin izolálása (Sertürner)

1893: Aspirin (F. Hofman) 1971: ciklooxigenáz gátlás ( J. Vane)

CÉL1970-es évek: endogén MOLEKULA opioidok, opioid (TARGET)

receptorok felfedezése

5


2015.11.11.

A gyógyszerfelfedezés stratégiái 1. FENOTÍPUS-ALAPÚ gyógyszerfelfedezés előny: - jó in vivo hatékonyság hátrányok: alacsony áteresztőképesség, nagy anyagmennyiséget igényel (> 5 g) - sem a célmolekula, sem a hatásmechanizmus nem ismert - a gyógyszer optimalizásához szükséges szerkezet-hatás összefüggéseket (structure-activity relationship - SAR) nehéz meghatározni

A gyógyszerfelfedezés stratégiái 2. TARGET-ALAPÚ (TARGET-BASED drug discovery TBDD) más néven racionális gyógyszerfelfedezés Célmolekula (Target): olyan biomolekula, amely szerepet játszik adott betegség pathomechanizmusában és modulációjának jótékony hatása lehet a betegség kezelésében - célmolekula klónozása és expressziója → in vitro bioassay-k - a hatóanyagokat egyetlen, a betegségben jelentősnek tartott célmolekulán kifejtett hatásra szűrik

6


2015.11.11.

A gyógyszerfelfedezés stratégiái 2. TARGET-ALAPÚ gyógyszerfelfedezés előnyök: - nagy áteresztőképesség, kis anyagmennyiség-igény - lehetőség virtuális szűrésre és racionális gyógyszertervezésre szerkezet-hatás összefüggések könnyebben meghatározhatók hátrányok: - az in vitro biológiai aktivitás nem mindig jelenik meg in vivo hatékonyságként - nem alkalmazható többszörös targetekre, eddig ismeretlen mechanizmusokra

Célmolekula azonosítása és validálása fehérjeállomány analizálása

génexpressziós profil

gén-asszociációs vizsgálatok

7


2015.11.11.

Bioinformatika definíció: interdiszciplináris tudományág, amelyben informatikai módszereket alkalmaznak biológiai adatok tárolására, kinyerésére, rendszerezésére és elemzésére alkalmazási lehetőségek a gyógyszerfejlesztésben: célmolekula azonosítás: DNS szekvencia elemzés, génexpressziós profil elemzés, protein expressziós profil elemzés gyógyszertervezés: célmolekula szerkezeti elemzése ligand-target molekuláris interakciójának elemzése és modellezése hatóanyagok farmakokinetikai és toxikológiai tulajdonságainak előrejelzése

Célmolekula azonosítása és validálása gén kiütés („knock out”) gén overexpresszió

→ fenotípus vizsgálata

RNS interferencia („knock down”)

8


2015.11.11.

A gyógyszerfelfedezés stratégiái A fenotípus-alapú megközelítést ma is alkalmazzák → szintén alkalmas lehet target azonosításra fenotípusos szűrés sejt- vagy szövet-alapú bioassayben pl. tumorsejtvonal → apoptózis - kémiai proteomikai módszerekkel azonosítható(ak) a target(ek) → target deconvolúció

Gyógyszerjelöltek eredete: vezérmolekulák megtalálása Vezérmolekula: egy olyan hatóanyag, amely szelektív biológiai hatást fejt ki a targeten, és fizikokémiai tulajdonságai révén az alapját képezheti egy gyógyszerfejlesztési projektnek természetes eredetű anyagok

endogén ligandok analógjai más gyógyszergyárak vegyületei (ha származékai szabadalmaztathatóak ) - az eredeti indikációban - egy mellékhatást felerősítve más indikációban vegyülettárak szűrése virtuális szűrés (ha a célmolekula 3D szerkezete ismert)

9


2015.11.11.

Racionális gyógyszertervezés farmakofór: a ligandok azon molekuláris jellegzetességei, amelyek elengedhetetlenek a célmolekulához való optimális kötődéshez 1. LIGAND-alapú gyógyszertervezés: a farmakofór modellt az azonos célmolekulához kötődő ismert ligandok szerkezete alapján tervezik meg 2. SZERKEZET-alapú gyógyszertervezés: a target 3D szerkezete alapján feltérképezik a kötőhely térbeli és kémiai tulajdonságait SAR, QSAR: (kvantitatív) szerkezet-hatás összefüggések ismeretében tervezhetőek az új ligandok Computer-aided drug design (CADD): számítógépes gyógyszertervezés - modellezhető a tervezett ligand kötődése - a gyógyszertervezés illetve optimalizálás lépései során is alkalmazható képek forrása: wikipedia.org CC

HTS: high throughput screening (nagy áteresztőképességű szűrés) a vegyületeket a célmolekulához való kötődést vagy a célmolekulán kifejtett hatást detektáló in vitro assay-vel automatizált, robotizált rendszer segítségével szűrik áteresztőképessége naponta akár több ezer molekula!

10


2015.11.11.

Vegyülettárak több ezer-több millió vegyület → fontos a megfelelő tárolás és adatkezelés! vegyületek eredete: • hagyományos kémiai úton szintetizált • természetes eredetű • vásárolt vagy licenszelt • kombinatorikus kémiai módszerekkel szintetizált („split and mix”, parallel szintézis) → egy folyamat során nagy mennyiségű, különböző vegyület szintetizálható

Optimalizáció hit → hit-to-lead (H2L) → lead kiválasztása→ lead optimalizálás (LO) →optimalizált lead → klinikai gyógyszerjelölt Optimalizálandó tulajdonságok: - affinitás - szelektivitás - membrán permeabilitás - metabolikus stabilitás - in vitro toxicitás - in vivo farmakokinetika - in vivo hatékonyság - in vivo biztonságosság

11


Screening kaszkád ígéretes „hit”-ek kiválasztása → analógok szintézise → screening kaszkád - SAR meghatározása egyes tulajdonságok optimalizálásához

- az assay-k beválasztása és sorrendje függ a költségektől és kapacitástól is lead kiválasztása: „lead-szerű” fiz.-kém. tulajdonságok, potency nM nagyságrendben, szelektivitás, kedvező in vitro PK tulajdonságok

2015.11.11.

Egy képzeletbeli receptor (Rec1) antagonista lehetséges screening kaszkádja kötődési assay (Kd) ↓ funkcionális assay (IC50) ↓ in vitro PK (metabolikus stabilitás, CYP gátlás) ↓ hatás Rec2 -n ↓ in vitro toxicitás ↓ in vivo orális bioavailability ↓ in vivo hatékonyság ↓ betegségmodellek korai mellékhatásvizsgálatok részletes ADME

Szűrési kritériumok:

Egy képzeletbeli receptor (Rec1) antagonista lehetséges screening kaszkádja kötődési assay (Kd)

Kd on Rec1 X nM EC50/IC50 Y nM szelektivitás Rec2-re nézve Zszeres humán/patkány/egér metabolikus stabilitás > 50%, CYP gátlás 10 μM < 50% orális bioavailability > 50% ED50 in vivo W mg/kg p.o. (primer screen: általában egy egyszerű egér modell)

optimalizált lead: ED50 Q mg/kg p.o. betegségmodellekben teljes ADME profil kedvező mellékhatásprofil kedvező

↓ funkcionális assay (IC50) ↓ in vitro PK (metabolikus stabilitás, CYP gátlás) ↓ hatás Rec2 -n ↓ in vitro toxicitás ↓ in vivo orális bioavailability ↓ in vivo hatékonyság ↓ betegségmodellek korai mellékhatásvizsgálatok részletes ADME

12


2015.11.11.

13

Racionális gyógyszerfejlesztés

Recommend Documents