ČESKÉ VYDÁNÍ. Vedoucí redaktorka: Prof. MUDr. Terezie Pelikánová, DrSc. Ročník 6 číslo Impact factor 3,690

Transkript

1 Ročník 6 číslo Impact factor 3,690 ČESKÉ VYDÁNÍ Vedoucí redaktorka: Prof. MUDr. Terezie Pelikánová, DrSc. Vychází za podpory edukačního grantu

2 ČESKÉ VYDÁNÍ 3 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Bhavana Konda Fadi Nabhan a Manisha H. Shah 14 Vývoj systémů inteligentních inzulinů reagujících na glukózu Nischay K. Rege, Nelson F. B. Phillips a Michael A. Weiss Current Opinion in Endocrinology, Diabetes and Obesity 2018 Wolters Kluwer Health, Inc. endocrinology Impact factor 3,690 Editor: Lewis E. Braverman, MD, Boston Medical Center, Boston, Massachusetts, USA Redakční rada: R. A. Arky, Harvard Medical School, Boston, USA; D. T. Baran, University of Massachusetts Medical Center, Worcester, USA; G. M. Besser, Saint Bartholomew s Hospital, Londýn, Velká Británie; B. Corkey, Boston Medical Center, Boston, USA; J. P. Després, Centre de recherche du CHU de Québec, Québec, Kanada; R. Dluhy, Brigham & Women s Hospital, Boston, USA; R. Gagel, MD Anderson Cancer Center, Houston, USA; J. Hall, Massachusetts General Hospital, Boston, USA; U. Kaiser, Brigham & Women s Hospital, Boston, USA; W. Kuohung, Boston University School of Medicine, Boston, USA; C. Labrie, Centre de recherche du CHU de Québec, Québec, Kanada; A. M. McGregor, King s College School of Medicine, Londýn, Velká Británie; O. Pedersen, Steno Diabetes Center, Gentofte, Dánsko; B. G. Robinson, Kolling Institute of Medical Research, University of Sydney, Sydney, Austrálie; A. Rogol, INSMED Pharmaceuticals, Monmouth Junction, USA; N. Ruderman, Boston Medical Center, Boston, USA; A. B. Schneider, University of Illinois at Chigago, Chicago, USA; P. M. Stewart, Queen Elizabeth Hospital, Birmingham, Velká Británie; K. H. Usadel, Goethe Universität, Frankfurt nad Mohanem, Německo; M. L. Vance, University of Virginia Health Systems, Charlottesville, USA České vydání Licence poskytnuta vydavatelstvím Wolters Kluwer Health, Inc., Lippincott Williams & Wilkins. Výběr článků a odborná redakce: prof. MUDr. Terezie Pelikánová, DrSc., Centrum diabetologie, Institut klinické a experimentální medicíny, Praha Vydavatel: MEDICAL TRIBUNE CZ, s. r. o., Třebohostická 9, Praha 10 IČ: ; tel.: , fax: , e mail: info@tribune.cz, Periodicita: dvakrát ročně Datum vydání: leden 2018 Redakce: Mgr. Hana Kučerová Grafická úprava a zlom: David Weil, Barbara Fléglová, Petr Tkadlec Vychází za podpory edukačního grantu Merck spol. s r.o. MEDICAL TRIBUNE CZ, s. r. o., má výhradní právo na překlady a publikaci článků z časopisu Current Opinion in Endocrinology, Diabetes and Obesity. Pořizování kopií jakéhokoli článku nebo jeho části a jejich šíření v jakékoli formě bez předchozího souhlasu nakladatelství Wolters Kluwer Health, Inc., Lippincott Williams & Wilkins, a MEDICAL TRIBUNE CZ, s. r. o., je zakázáno. Články obsažené v této publikaci jsou názorem autorů a MEDICAL TRIBUNE CZ ani Merck neodpovídají za jejich obsah. MEDICAL TRIBUNE CZ neodpovídá za obsah reklamy MEDICAL TRIBUNE CZ, s. r. o. ISSN Registrováno MK ČR pod č. j. E 20987

3 Vážení kolegové, české vydání časopisu Current Opinion in Endocrinology, Diabetes and Obesity vychází již šestým rokem a přináší formou přehledových článků novinky v oborech endokrinologie, diabetologie, obezitologie, metabolismu i výživy. Naší snahou je, aby vybrané práce měly postgraduální charakter a byly použitelné pro lékaře, kteří se vzdělávají nebo již pracují v oboru endokrinologie a diabetologie, ale také pro internisty, praktické lékaře a další odborníky, kteří ošetřují pacienty s onemocněními uvedeného spektra. První přehledový článek je věnován endokrinopatiím, které mohou provázet léčbu pomocí checkpoint inhibitorů. Tato léčba představuje v současné době významný mezník v terapii nádorových onemocnění; její použití významně prodlužuje život nemocných a u některých nádorů se stala standardním přístupem. Checkpoints (kontrolní body) jsou součástí imunitních drah a jsou klíčové při vzniku nádorové tolerance. Jejich aktivace chrání organismus před rozvojem autoimunitní reakce, ale zároveň navozuje nádorovou toleranci. Protože léčba checkpoint inhibitory moduluje imunitní systém, je logické, že může vést k různým projevům autoimunity včetně rozvoje imunitně podmíněných endokrinopatií. Předpokládá se, že takto léčených pacientů bude přibývat a bude se také prodlužovat doba jejich přežití a logicky i doba podávání uvedených látek. Přitom endokrinopatie jsou relativně snadno léčitelné hormonální substitucí. Proto by si lékaři, kteří se na léčbě a sledování nemocných podílejí, měli být vědomi jejich rizika a klinické podezření by mělo být podnětem k důkladnému vyšetření a léčbě, zvláště s ohledem na to, že hormonální substituční léčba nijak neomezuje další užívání checkpoint inhibitorů, v jejichž podávání je možné pokračovat. Článek shrnuje nejčastější endokrinopatie, které provázejí podávání checkpoint inhibitorů, jmenovitě inhibitorů cytotoxického T lymfocytárního antigenu 4, protilátek proti programované buněčné smrti 1 (PD 1) a protilátek proti ligandu 1 PD (PDL 1). K těmto endokrinopatiím patří hypofyzitida, dysfunkce štítné žlázy, hyperglykemie a primární nedostatečnost nadledvin. Druhý přehledový článek je z oboru diabetologie, a to z oblasti, která v současné době zažívá raketový rozvoj. Jde o nové technologie v inzulinoterapii, jejichž cílem by měl být vývoj přístupů, které umožní automatické podávání nebo uvolňování inzulinu podle aktuální potřeby organismu, aniž by bylo nutné externí monitorování glykemie pacientem. V práci jsou popsány horké novinky ve všech směrech, které se v této oblasti vyskytují. Prakticky jde o pokroky ve třech oblastech. Standardně se hovoří o uzavřené smyčce, tj. propojení kontinuálního monitorování glykemie pomocí senzoru s inzulinovou pumpou, které je založeno na počítačových algoritmech a automatických změnách podávání ať již standardních nebo upravených inzulinových analog. Ze zcela jiné a novější oblasti jsou snahy o vývoj inteligentních inzulinů (tj. inzulinů, které reagují na aktuální hodnotu glykemie). Používání takovýchto inzulinových analog nebo dávkovacích systémů by umožnilo zajistit vždy takovou aktivitu inzulinu, která by odpovídala aktuální potřebě organismu, tj. reagovala by na aktuální glykemii bez potřeby externího monitorování. V článku jsou rozebírány nejnovější pokroky, např. zapouzdření inzulinu do polymerní matrice reagující na hypoxii, pankreatické β buňky odvozené od kmenových buněk zapouzdřené polymerem nebo molekulární modifikace samotného inzulinu. Doufám, že nabízené články obohatí Vaše znalosti v oboru endokrinologie a diabetologie, který si, jak pevně věřím, i v dalších letech udrží svou dosavadní strukturu v postgraduálním vzdělávání. Proces úprav v postgraduálním vzdělávání lékařů a farmaceutů je totiž stále ve stavu proměn a marné je volání po alespoň minimální stabilitě systému. I v letošním roce 2018 nás čekají změny. Obor endokrinologie a diabetologie zůstává naštěstí nadále základním společným oborem a snahou bude jakékoli změny ve specializačním vzdělávání minimalizovat. Velmi zásadní úprava se však dotýká struktury základního interního kmene, jejímž leitmotivem je zjednodušení a lepší dosažitelnost pro lékaře v menších nemocnicích. Jde ale o velmi radikální změnu struktury, při níž při prodloužení kmene na 30 měsíců vypadnou některé tradičně zahrnuté povinné stáže, např. na odděleních pneumologie 1

4 a ftizeologie, hematologie, neurologie či infekčních nemocí i ve specializovaných interních oborech, a naopak se zdá, že přibude povinná stáž v ordinaci praktického lékaře. Tyto změny se budou muset odrazit i na podobě vlastního specializačního vzdělávání. Osobně však věřím, že základní struktura bude zachována. Přeji Vám vše dobré v roce Prof. MUDr. Terezie Pelikánová, DrSc. vedoucí redaktorka českého vydání Current Opinion in Endocrinology, Diabetes and Obesity 2

5 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Bhavana Konda a,* Fadi Nabhan b,* a Manisha H. Shah a Účel přehledu Checkpoint inhibitory (ICI) představují důležitý mezník v moderní éře antineoplastické léčby a vnesly optimismus mezi onkology i pacienty. Tyto látky jsou však spojeny se značnou potenciální toxicitou, jejíž význam nelze podceňovat. V tomto přehledovém článku jsou popsány klinický obraz, diagnostika a strategie léčby imunitně podmíněných endokrinopatií souvisejících s používáním ICI. Nové poznatky Zvyšující se počet ICI v posledních letech představuje příslib pro léčbu různých maligních onemocnění. Patří k nim inhibitory cytotoxického T lymfocytárního antigenu 4, protilátky proti programované buněčné smrti 1 (PD 1) a protilátky proti ligandu 1 PD (PDL 1). Několik endokrinopatií, včetně hypofyzitidy, dysfunkce štítné žlázy, hyperglykemie a primární nedostatečnosti nadledvin, je spojováno s použitím těchto látek. Toxické účinky se mohou pohybovat v rozsahu od mírných přechodných laboratorních abnormalit až po potenciálně život ohrožující stavy, které vyžadují okamžitý terapeutický zásah. Kombinovaná léčba s použitím ICI může být spojena s větším rizikem endokrinní dysfunkce v porovnání s monoterapií. Klinický obraz a laboratorní hodnocení daných pacientů často představují diagnostický problém, protože mohou být zkresleny symptomy souvisejícími se základním maligním onemocněním nebo s potenciálním souvisejícím akutním onemocněním. Souhrn Používání ICI je spojeno se závažnými endokrinopatiemi, které mohou mít nespecifické počáteční projevy. Pro rychlé zahájení léčby a prevenci závažných komplikací jsou nezbytné průběžné sledování těchto symptomů a systematický přístup k diagnostice. Klíčová slova checkpoint inhibitory, dysfunkce štítné žlázy, endokrinní dysfunkce, hypofyzitida ÚVOD Řada kontrolních bodů imunitního systému člověka (checkpoints) navozuje periferní imunologickou toleranci a brání autoimunitě. Cytotoxický T lymfocytární antigen 4 (CTLA 4)/ B7 1, B7 2 a PD ligand 1 (PDL 1) programované buněčné smrti 1 (programmed cell death 1, PD 1)/B7 H1, PD ligand 2 (PDL 2) B7 DC jsou dvě dobře prozkoumané imunomodulační dráhy, které často využívají nádorové buňky k ovlivnění imunitní odpovědi hostitele [1]. Pokud se T lymfocytární receptor naivního T lymfocytu váže na antigen prezentující buňku prostřednictvím hlavního histokompatibilního komplexu, kostimulační receptor CD28 na T lymfocytu se váže na svůj ligand B7 1/2 na antigen prezentující buňce, což vede k aktivaci T lymfocytu [2]. Tato interakce vede k up regulaci T lymfocytárního inhibičního receptoru CTLA 4, který zase soutěží s CD28 o vazbu na B7 1 s větší afinitou, čímž tlumí imunitní odpověď. PD 1 je další inhibiční receptor buněčného povrchu, který je nadměrně exprimován na aktivovaných T lymfocytech a B lymfocytech, dendritických buňkách, monocytech, makrofázích a některých nádorových buňkách [3]. Interakce PD 1 s jeho ligandy PDL 1/PDL 2 vede k vyčerpání T lymfocytů, což podporuje růst nádoru [4]. Zatímco dráha CTLA 4 se uplatňuje v lymfatických uzlinách v počáteční fázi reakce T lymfocytů, dráha PD 1 hraje roli v periferních tkáních v pozdější fázi imunitní odpovědi [5 ]. Vývoj checkpoint inhibitorů (inhibitorů kontrolních bodů imunitní reakce immune checkpoint inhibitors, ICI) představuje důležitý mezník v moderní éře antineoplastické léčby. Protilátky proti CTLA 4 a PD 1/PDL 1 [6,7,8,9, , 15,16,17,18] a jejich indikace schválené americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léků (Food and Drug Administration, FDA) jsou uvedeny v tabulce 1. Tyto látky uvolňují brzdy imunitního systému, což vede ke zvýšené imunitní odpovědi a k inhibici růstu nádoru. To však má za následek průvodní škody a nežádoucí imunitní účinky. V tomto a Division of Medical Oncology, Department of Internal Medicine, a b Division of Endocrinology, Diabetes, and Metabolism, Ohio State University and Arthur G. James Cancer Center, Columbus, Ohio, USA Adresa pro korespondenci: Fadi Nabhan, MD, Division of Endocrinology, Diabetes and Metabolism, Ohio State University Medical Center, 575 McCampbell Hall, 1581 Dodd Dr, Columbus, OH 43210, USA E mail: fadi.nabhan@osumc.edu * Bhavana Kondaová a Fadi Nabhan přispěli k tomuto článku rovným dílem. Endocrine dysfunction following immune checkpoint inhibitor therapy Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes 2017; 24: Wolters Kluwer Health, Inc. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13 3

6 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. KLÍČOVÉ BODY Podávání checkpoint inhibitorů (ICI) může vést k významné endokrinní toxicitě. Nejčastějšími endokrinopatiemi spojenými s používáním ICI jsou hypofyzitida a dysfunkce štítné žlázy. U pacientů s výskytem imunitně podmíněné toxicity spojené s léčbou pomocí ICI je třeba okamžitě rozpoznat vysoký stupeň podezření a tyto nemocné vhodně léčit. Ačkoli jsou případy autoimunitního diabetu a dysfunkce nadledvin mnohem méně časté, přesto byly popsány. přehledovém článku popisujeme klinický obraz, diagnostiku a strategii léčby imunitně podmíněných endokrinopatií. HYPOFYZITIDA Kazuistika: U 70letého muže s metastazujícím melanomem se subkutánními a plicními metastázami byla zahájena léčba ipilimumabem (Yervoy, Bristol Myers Squibb, Princeton, New Jersey, USA) v dávce 3 mg/kg podávané každé tři týdny. Jeden týden po podání čtvrté dávky se u pacienta objevily bolesti hlavy, únava a svalová slabost. Projevy Vitální funkce byly normální. Biochemické vyšetření odhalilo sérovou koncentraci sodíku 135 mmol/l (norma: mmol/l). Ranní sérová koncentrace kortizolu byla 2,5 µg/dl (norma: 3,09 22,4 µg/dl), koncentrace adrenokortikotropního hormonu (ACTH) byla 9 pg/ml (norma: 9 50 pg/ml), maximální koncentrace kortizolu při kosyntropinovém stimulačním testu byla 17 µg/dl, koncentrace volného tyroxinu (ft4) byla 0,2 ng/dl (norma: 0,89 1,76 ng/dl), koncentrace tyreotropního hormonu (TSH) byla 2,5 miu/ml, koncentrace prolaktinu 3 ng/ml (norma: 2,1 17,7 ng/ml). Retrospektivní přezkoumání vyšetření mozku pomocí magnetické rezonance (MR) provedené po třech cyklech podávání ipilimumabu odhalilo mírné zvětšení hypofýzy v porovnání s výchozím MR vyšetřením. Hypofyzitida je potenciální život ohrožující komplikace léčby pomocí ICI. Vyskytuje se častěji při léčbě protilátkami proti CTLA 4, přičemž výskyt kolísá mezi 1 % a 17 % (tab. 2) [6, ,19 31,32,33,34 ] a onemocnění nastupuje 8 12 týdnů po zahájení léčby [34,35,36,37,38,39 ]. Přestože mechanismus imunitně zprostředkované hypofyzitidy není dobře znám, souvisí pravděpodobně s expresí CTLA 4 endokrinními buňkami hypofýzy. Na základě myšího modelu [40] se protilátka proti CTLA 4 váže na antigen na CTLA 4 hypofýzy, což vede k aktivaci klasické komplementové kaskády a zánětlivé reakce. Z protilátek proti CTLA 4 vykazuje ipilimumab vyšší výskyt hypofyzitidy v porovnání s tremelimumabem, což vychází z předpokladu, že ipilimumab je IgG1 protilátka, a proto představuje účinnější aktivátor dráhy komplementu než tremelimumab. Cirkulující protilátky proti buňkám hypofýzy secernujících TSH, hormon stimulující folikuly (follicle stimulating hormone, FSH) a kortikotropin byly prokázány u myší, jimž byly injikovány protilátky proti CTLA 4, což může vysvětlovat, proč jsou tyto hormonální osy často ovlivňovány při imunitně zprostředkované hypofyzitidě [40]. Není jasné, zda vyšší dávka ipilimumabu zvyšuje pravděpodobnost imunitně zprostředkované hypofyzitidy [22,35,41]. Významné je, že TABULKA 1. Checkpoint inhibitory a jejich indikace schválené americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léků (Food and Drug Administration, FDA) Kategorie Léčivo Indikace schválené FDA anti CTLA 4 ipilimumab [6,7 ] neresekovatelný nebo metastazující melanom [8], adjuvantní léčba pro vysoce rizikový kožní melanom [11] tremelimumab [9] účinný u maligního mezoteliomu (není schválen FDA) [9] anti PD 1 nivolumab [10 ] metastazující melanom, NSCLC, RCC, refrakterní klasický Hodgkinův lymfom, lokálně pokročilý nebo metastazující uroteliální karcinom, recidivující nebo metastazující HNSCC [12] pembrolizumab [13] neresekovatelný nebo metastazující melanom, PDL 1 pozitivní metastazující NSCLC, metastazující neskvamózní NSCLC #, recidivující nebo metastazující HNSCC, refrakterní klasický Hodgkinův lymfom, vysoká mikrosatelitová nestabilita (MSI H) nebo solidní nádory s dmmr [12] pidilizumab [14] účinný u DLBCL (není schválen FDA) [14] anti PDL 1 atezolizumab (Tecentriq, Genentech, Inc., South San Francisco, Kalifornie, USA) [15 ] avelumab (Bavencio, Merck Serono, Inc., Rockland, Massachusetts, USA) [16 ] durvalumab (Imfinzi, AstraZeneca, Cambridge, Velká Británie) [17] metastazující NSCLC, lokálně pokročilý nebo metastazující uro teliál ní karcinom [12] metastazující karcinom z Merkelových buněk, lokálně pokročilý nebo metastazující uroteliální karcinom [12] lokálně pokročilý nebo metastazující uroteliální karcinom [12] CTLA 4 cytotoxický T lymfocytární antigen 4; DLBCL (diffuse large B cell lymphoma) difuzní velký B buněčný lymfom; dmmr (mismatch repair deficient) deficit mismatch repair (deficit oprav chybného párování bází DNA); FDA (Food and Drug Administration) americký Úřad pro kontrolu potravin a léků; HNSCC (head and neck squamous cell carcinoma) karcinom ze skvamózních buněk hlavy a krku; MSI H (microsatelite instability high) vysoká mikrosatelitová nestabilita; NSCLC (nonsmall cell lung cancer) nemalobuněčný karcinom plic; RCC (renal cell carcinoma) karcinom z renálních buněk # v kombinaci s pemetrexedem a karboplatinou 4 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13

7 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. TABULKA 2. Četnost imunitně zprostředkované hypofyzitidy ve vybraných studiích Studie/fáze Onemocnění Léčebné větve Dávka ICI Četnost [%] Stupeň ipilimumab (IPI) Attia a spol. [19] (fáze I) metastazující melanom IPI + peptid a 3 mg/kg každé 3 týdny + peptid a nebo 1/56 [1,8] 3/4 3 mg/kg > 1 mg/kg každé 3 týdny + peptid a Ansel a spol. [20] (fáze I) relabovaný nebo refrakterní IPI 3 mg/kg >1 mg/kg měsíčně 3 (1. úroveň dávky) 1/18 [5,6] NH b B lymfocytární NHL > 3 mg/kg měsíčně 4 (2. úroveň dávky) Downey a spol. [21] (fáze I II) Maker a spol. [22] (fáze I II) Ku a spol. [23] (fáze II) pokročilý refrakterní melanom metastazující melanom 1. studie: IPI + peptid 1. studie: 3 mg/kg každé 3 týdny nebo 3 mg/kg > 1 mg/kg každé 3 týdny 2. studie: IPI ± peptid 2. studie c : zvyšování dávky mezi pacienty: 3 mg/kg > 5 mg/kg > 9 mg/kg metastazující melanom IPI zvyšování dávky mezi pacienty (3 mg/kg d > 5 mg/kg > 9 mg/kg) IPI 10 mg/kg každé 3 týdny 4 > pokud je klinický přínos, 10 mg/kg každých 12 týdnů 12/66 (samotný IPI) [18] 1/73 [1,4] (IPI + peptid) 3/4 8/46 [17] 3/4 1/53 [1,9] 2 Phan a spol. [24] (fáze II) metastazující melanom IPI + peptid a 3 mg/kg každé 3 týdny 1/14 [7] 3/4 3 Lynch a spol. [25] (fáze II) stadium IIIB/IV nebo recidivující NSCLC Hodi a spol. [6] (fáze III) neresekovatelný melanom ve III. nebo IV. stadiu Eggermont a spol. [7] (fáze III) vysoce rizikový kompletně resekovaný melanom ve III. stadiu A: souběžně IPI: (IPI + C/P 4 dávky > PL + C/P 2 dávky B: fázovaný IPI: PL + C/P 2 > IPI + C/P 4 dávky C: kontrolní režim: PL + C/P až 6 dávek 10 mg/kg každé 3 týdny po dobu 18 týdnů 1/70 (1,4) (větev A) udržovací léčba: IPI/PL každých 12 týdnů A: IPI + peptid a 3 mg/kg každé 3 týdny 4 2/380 [0,5] 3 B: IPI 2/131 [1,5] 3 C: peptid a 0/132 [0] A: IPI 10 mg/kg každé 3 týdny 4, pak každé 3 měsíce až 3 roky B: placebo 86 (24)/471 [18, (5)] tremelimumab (trem) Ribas a spol. [26] (fáze I) solidní nádory f trem 7 úrovní dávky 1/39 [2,6] NH Kirkwood a spol. [27] (fáze II) pokročilý relabovaný nebo refrakterní melanom trem 15 mg/kg každých 90 dní 1/246 [0,4] NH Ribas a spol. [28] (fáze III) pokročilý melanom trem, standardní chemoterapie 15 mg/kg každých 90 dnů 6 g (4) g [1,8 (1,2)] jakýkoli (3/4) jakýkoli ( 3) Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13 5

8 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. TABULKA 2. pokračování Studie/fáze Onemocnění Léčebné větve Dávka ICI Četnost [%] Stupeň nivolumab (nivo) Topalian a spol. [29] (fáze I) Topalian a spol. [30] (fáze I) Robert a spol. [10 ] (fáze III) solidní nádory e nivo 0,1 10,0 mg/kg hmotnosti každé 2 týdny [< 1] NH pokročilý melanom nivo 1 10 mg/kg každé 2 týdny (zvýšení dávky) 1/107 [0,9] NH metastazující melanom větev A: nivo 3 mg/kg každé 2 týdny 1 (1)/206 [0,5 (0,5)] větev B: dakarbazin pembrolizumab (pembro) Robert a spol. [31] (fáze I) pokročilý melanom A: pembro A: 2 mg/kg každé 3 týdny 2 (1)/89 [2,2 (1,1)] jakýkoli (3/4) jakýkoli (3/4) B: pembro B: 10 mg/kg každé 3 týdny 0/84 (0) Robert a spol. [13] (fáze III) pokročilý melanom A: pembro 10 mg/kg každé 2 týdny 0/278 (0) jakýkoli B: pembro 10 mg/kg každé 3 týdny 1 (1)/277 jakýkoli (3 5) [0,4 (0,4)] C: IPI 3 mg/kg každé 3 týdny 4 4 (2)/256 jakýkoli (3 5) [1,6 (0,8)] ipilimumab (IPI) + nivolumab (nivo) Postow a spol. [32 ] (fáze I) pokročilý melanom A: nivo + IPI (3 mg/kg IPI + 1 mg/kg nivo 3 týdny) 4 > nivo 3 mg/kg každé 2 týdny Larkin a spol. [33 ] (fáze III) neresekovatelný melanom ve III. nebo IV. stadiu 11 (2)/94 [12 (2)]/94 B: IPI 3 mg/kg každé 3 týdny 3 (2)/46 [7 (4)]/46 A: nivo 3 mg/kg každé 2 týdny 2 (1)/313 [0,6 (0,3)] B: nivo + IPI 1 mg/kg nivo každé 3 týdny + 3 mg/kg IPI každé 3 týdny 4 dávky > 3 mg/kg nivo každé 2 týdny od C3 24 (5)/313 [7,7 (1,6)] C: IPI 3 mg/kg každé 3 týdny 4 12 (6)/311 [3,9 (1,9)] jakýkoli (3/4) jakýkoli (3/4) C/P karboplatina/paklitaxel; ICI (immune checkpoint inhibitors) checkpoint inhibitory; NHL non Hodgkinův lymfom; NH není hlášen; NSCLC (nonsmall cell lung cancer) nemalobuněčný karcinom plic; PL placebo; RCC (renal cell carcinoma) karcinom z renálních buněk a modifikované peptidy s omezením HLA A*0201 z gp100 antigenu spojeného s melanomem, gp100: (210 M) a gp100: (288 V) b mírná hypofyzitida c studie byla následně změněna tak, aby se začalo s dávkou 5 mg/kg d počáteční dávka 3 mg/kg nebo 5 mg/kg e pokročilý melanom, nemalobuněčný karcinom plic, karcinom prostaty rezistentní vůči kastraci, karcinom z renálních buněk, kolorektální karcinom f melanom, karcinom z renálních buněk, kolorektální karcinom g poruchy hypotalamu a pacienti, které bylo možné hodnotit s ohledem na nežádoucí účinky 6 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13

9 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. zahájení léčby pomocí ICI? výchozí sérové koncentrace elektrolytů v séru, TSH, volného T4, ACTH, kortizolu a hodnoty před každou dávkou klinické podezření na hypofyzitidu biochemické vyšetření sérové koncentrace elektrolytů (pokud jde o hyponatremii kontrola osmolality plazmy a osmolality moči a náhodně kontrola sodíku v moči), plazmatické koncentrace ACTH, ranní sérové koncentrace kortizolu, kosyntropinový stimulační test, koncentrace TSH, volného T4, FSH, LH, estradiolu/testosteronu, růstového hormonu, růstového faktoru 1 podobného inzulinu (IGF 1), prolaktinu zobrazení MR hypofýzy vliv hmotnosti na MR / závažná hyponatremie / závažné symptomy NE fyziologické dávky glukokortikoidů ANO 1. podat vysoké dávky glukokortikoidů 2. zahájit léčbu levotyroxinem, pokud jde o deficit 3. zvážit substituci pohlavních hormonů 4. léčit hyponatremii OBRÁZEK 1. Léčba imunitně zprostředkované hypofyzitidy rozvoj imunitně zprostředkované hypofyzitidy může patrně předpovídat příznivou odpověď na léčbu ipilimumabem u pacientů s metastazujícím melanomem [35]. Klinické projevy imunitně zprostředkované hypofyzitidy jsou nespecifické a patří k nim nevolnost a zvracení, únava, nechutenství, slabost, zmatenost a bolesti hlavy [35,36,37,38,42 ]. Retrospektivní údaje naznačují, že u více než poloviny pacientů užívajících ipilimumab lze pozorovat hyponatremii [35,36 ]. Poškození zraku a diabetes insipidus jsou vzácné [43 ]. Je možné pozorovat množství deficitů hormonů adenohypofýzy, přičemž nejčastější jsou sekundární hypotyreóza, nedostatečnost nadledvin a hypogonadismus [35,36,38]. Biochemické vyšetření by proto mělo zahrnovat měření elektrolytů v séru, čtyř trofických hormonů adenohypofýzy (ACTH, TSH, FSH a luteinizační hormon), koncentrace hormonů jim odpovídajících cílových žláz s vnitřní sekrecí (ranní koncentrace kortizolu / kosyntropinový stimulační test, ft4 a estradiol/testosteron), koncentrace růstového hormonu / růstového faktoru podobného inzulinu a koncentrace prolaktinu. Ačkoli nedostatek jiných hormonů než hormonů štítné žlázy a nadledvin nemusí vyžadovat okamžitou substituci, komplexní hormonální vyšetření by mělo kromě poskytnutí výchozích hodnot pro budoucí sledování napomoci vyhodnocení rozsahu poškození hypofýzy (obr. 1). Zobrazovací studie (MR hypofýzy) často odhalují zvětšení hypofýzy, které by mohlo být spojeno se ztluštěním stopky hypofýzy. Zvětšení hypofýzy může být diskrétní a může být přehlédnuto, pokud není porovnáno s výchozím zobrazením. Nástup symptomů může být předcházen radiologickými nálezy zvětšení hypofýzy a sestupným trendem koncentrace TSH [35,43 ]. Absence podporujících radiografických nálezů však nevylučuje diagnózu imunitně zprostředkované hypofyzitidy a klinické podezření by mělo vést k okamžitému zahájení vhodné léčby [39 ]. Léčba imunitně zprostředkované hypofyzitidy, i když ne zcela schválená, závisí na závažnosti příznaků a zobrazovacích nálezů. Léčbu vysokými dávkami glukokortikoidů lze použít u pacientů se závažnými klinickými příznaky nebo se známkami útlaku chiasma opticum zvětšenou hypofýzou. U pacientů s mírnými klinickými příznaky nebo s mírným zvětšením hypofýzy by mělo být dostatečné podávání fyziologických substitučních dávek glukokortikoidů a léčba ipilumumabem může pokračovat bez přerušení [36,38,43 ]. Odůvodněním tohoto návrhu je skutečnost, že ačkoli podávání vysokých dávek steroidů zmírňuje zánět, většina pacientů stejně potřebuje hormonální substituční léčbu, a to přestože se již u nich objevily komplikace léčby vysokými dávkami kortikosteroidů [44]. Ukázalo se, že velikost hypofýzy se normalizuje po 2 27 týdnech od zahájení léčby steroidy [36 ]. Jisté je, že používání vysokých dávek steroidů neruší klinickou odpověď na léčbu pomocí ICI a nesnižuje míru přežití [21,43,45]. Po podání systémových steroidů by pacientům s prokázanou sekundární hypotyreózou měla být podána léčba levotyroxinem. Pacienti se sekundárním hypogonadismem mohou potřebovat substituční léčbu testosteronem nebo estrogenem [43 ]. U pacienta v případě uvedeném výše byla diagnostikována imunitně zprostředkovaná hypofyzitida a bylo u něj zahájeno podávání fyziologické dávky hydrokortizonu; došlo k vymizení symptomů. Pacientovi byla rovněž podávána substituční léčba levotyroxinem. Při vyšetření hypofýzy pomocí MR o jeden měsíc později byla nalezena normální velikost hypofýzy. Léčba ipilumumabem pokračovala a po stanovení Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13 7

10 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. diagnózy imunitně zprostředkované hypofyzitidy užívá pacient nyní hormonální léčbu již devět měsíců. DYSFUNKCE ŠTÍTNÉ ŽLÁZY Kazuistika: U 54letého muže s metastazujícím karcinomem z renálních buněk byla zahájena léčba nivolumabem (Opdivo, Bristol Myers Squibb, Princeton, New Jersey, USA) v dávce 3 mg/kg podávané každé dva týdny. Hodnoty z výchozích testů funkce štítné žlázy byly v rámci referenčního rozmezí a pacient neměl v anamnéze žádné onemocnění štítné žlázy. Po podání šesti dávek nivolumabu byla koncentrace TSH 0,01 μiu/ml (norma: 0,55 4,78 μiu/ml) a koncentrace ft4 byla v referenčním rozmezí. O pět týdnů později vzrostla koncentrace TSH až na 71 μiu/ml a koncentrace ft4 byla nižší než 0,4 ng/dl (norma: 0,89 1,76 ng/dl). Pacient byl asymptomatický, s výjimkou únavy. Jeho koncentrace kortizolu a ACTH byly v referenčním rozmezí. Byla zahájena léčba levotyroxinem s normalizací funkce štítné žlázy. O dva roky později pokračoval v léčbě nivolumabem a zůstal eutyroidní při léčbě levotyroxinem s obdobími zvýšené koncentrace TSH vyžadujícími modifikaci dávky levotyroxinu. Popisovaný výskyt dysfunkce štítné žlázy spojené s ICI je různorodý a závisí na charakteru dysfunkce štítné žlázy uvedené v publikacích a na tom, zda se ICI podávaly v monoterapii nebo v kombinaci. Tabulka 3 uvádí přehled vybraných studií [6,13,32,37,46,47,48 ], v nichž je dysfunkce štítné žlázy uváděna jako samostatná chorobná jednotka nebo jako součást následujících onemocnění: hypotyreóza, hypertyreóza, tyroiditida, subklinické onemocnění štítné žlázy a abnormální funkce štítné žlázy. Hlášení těchto stavů se tedy mohou překrývat. Například abnormální funkce štítné žlázy nebo hypertyreóza mohou představovat fázi tyroiditidy. V nedávném přehledu různých studií podle Byuna a spol. [39 ] se výskyt hypotyreózy a tyroiditidy spojených s podáváním ipilimumabu odhaduje na 5,6 %, resp. 3,2 %, výskyt hypotyreózy a hypertyreózy spojených s protilátkami proti PD 1 na 5,9 %, resp. 3,3 % a výskyt hypotyreózy spojené s protilátkami proti PDL 1 na 4,3 %. U pacientů léčených kombinovanou léčbou s použitím ICI byl výskyt hypotyreózy, hypertyreózy a jiných onemocnění štítné žlázy, včetně tyroiditidy 13,9 %, resp. 8 % a 16,9 % [39 ]. Dysfunkci štítné žlázy související s ICI lze rozdělit do tří kategorií: Tyroiditida: tyroiditida se projevuje tyreotoxickou fází, po které následuje hypotyreózní fáze, jež vede buď k dlouhodobé hypotyreóze, nebo k zotavení do eutyroidního stavu. Primární hypotyreóza: hypotyreóza se může rozvinout bez tyreotoxické fáze a může se projevovat buď jako subklinická hypotyreóza (zvýšená koncentrace TSH s normální koncentrací ft4), nebo jako zjevná hypotyreóza (zvýšená koncentrace TSH s nízkou koncentrací ft4). Hypertyreóza bez závislosti na tyroiditidě: je obvykle způsobena obrazem podobným Gravesově nemoci a byla hlášena vzácně [49,50]. Může být přítomna buď jako subklinická hypertyreóza (nízká koncentrace TSH s normální koncentrací ft4), nebo jako zjevná hypertyreóza (nízká koncentrace TSH se zvýšenou koncentrací ft4). Symptomy spojené s dysfunkcí štítné žlázy jsou nespecifické a pro stanovení přesné diagnózy a léčby je nezbytné provést důkladné biochemické vyšetření. Nejprve by měly být laboratorně vyšetřeny koncentrace TSH a ft4 (obr. 2). nízká koncentrace TSH a normální nebo zvýšená koncentrace volného T4 tyreotoxikóza zvýšená koncentrace TSH a normální nebo nízká koncentrace volného T4 hypotyreóza protilátky proti receptoru TSH (TSHR), vychytávání radioaktivního jodu ( 123 I) štítnou žlázou a scanování, pokud je to možné + protilátky proti TSHR zvýšené vychytávání jodu štítnou žlázou a homogenní scanování Gravesova nemoc subklinická symptomatická protilátky proti TSHR velmi malé vychytávání jodu štítnou žlázou tyreotoxická fáze tyroiditidy podpůrná léčba a sledování přechodná pokračovat ve sledování trvalá zvážit léčbu léčit dlouhodobá hypotyreóza eutyroidní stav subklinická zvážit léčbu symptomatická léčit OBRÁZEK 2. Léčba imunitně zprostředkované dysfunkce štítné žlázy 8 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13

11 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. TABULKA 3. Výskyt imunitně zprostředkované dysfunkce štítné žlázy ve vybraných studiích # Studie Léčba (počet pacientů) Hypotyreóza Hypertyreóza Subklinická hypotyreóza Hodi a spol. [6] ipilimumab v monoterapii (n = 131) b 2 (1,5 %) b Subklinická hypertyreóza Tyroiditida Jiné abnormální funkce štítné žlázy a (přechodné nebo trvalé) Ryder a spol. [37] ipilimumab (n = 211) 9 (4 %) 4 (2 %) 9 (4 %) ipilimumab + nivolumab (n = 45) 6 (13 %) 4 (9 %) 8 (18 %) Larkin a spol. [33 ] ipilimumab (n = 311) 13 (4,2 %) 3 (1 %) nivolumab (n = 313) 27 (8,6 %) 13 (4,2 %) ipilimumab + nivolumab (n = 313) 47 (15 %) 31 (9,9 %) Postow a spol. [32 ] ipilimumab (n = 46) 7 (15 %) ipilimumab + nivolumab (n = 94) 15 (16 %) 4 (4,3 %) Garon a spol. [46] pembrolizumab (n = 495) 34 (6,9 %) 9 (1,8 %) Robert a spol. [13] ipilimumab (n = 256) 5 (2 %) 6 (2,3 %) pembrolizumab (n = 555) 52 (9,3 %) 27 (4,8 %) McDermott a spol. [47 ] atezolizumab (n = 70) 6 (9 %) Morganstein a spol. [48 ] ipilimumab (n = 126) 1 (0,7 %) 8 (6 %) 20 (16 %) nivolumab nebo pembrolizumab (n = 46) 6 (13 %) 6 (13 %) 6 (13 %) ipilimumab + nivolumab (n = 23) 4 (22 %) 1 (5 %) 4 (22 %) # Každá studie uváděla odlišné vzory dysfunkce štítné žlázy a údaje se zadávaly podle toho, jak byly nálezy popsány v každé studii. a testy funkce štítné žlázy b 131 pacientů užívalo ipilimumab jako monoterapii a 380 pacientů užívalo ipilimumab a gp100. Hypotyreóza vznikla u 15 % ve skupině léčené pouze ipilimumabem a u 1,6 % ve skupině užívající kombinovanou léčbu. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13 9

12 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. Zvýšená koncentrace TSH spolu s normální nebo nízkou koncentrací ft4 indikuje primární hypotyreózu. Na druhou stranu koncentrace TSH, která je nižší než normální referenční rozmezí, a normální nebo zvýšená koncentrace ft4 indikují tyretoxikózu. Existují dvě možné příčiny tyreotoxikózy v této situaci: a) tyreotoxická fáze tyroiditidy vznikající na základě nadměrného uvolňování skladovaného tyroidního hormonu z důvodu destruktivní tyroiditidy; b) tyreotoxikóza způsobená nadměrnou tvorbou hormonů štítné žlázy, jako při Gravesově nemoci. Pro diagnózu Gravesovy nemoc svědčí zvýšená koncentrace imunoglobulinu stimulujícího štítnou žlázu a/nebo zvýšené vychytávání radioaktivního jodu ( 123 I) štítnou žlázou během homogenního jodového scanování štítné žlázy [51 ] (viz obr. 2). Je důležité uvést, že klinické hodnocení dysfunkce štítné žlázy spojené s ICI by mělo zahrnovat rovněž pátrání po jiných náhodných příčinách, které nemusejí souviset s léčbou pomocí ICI, jako např. vznik toxické nodulární strumy nebo užívání léčiv, jako je amiodaron. Důležité je také rozpoznat laboratorní vzorec sekundární hypotyreózy způsobené hypofyzitidou, jak je uvedeno výše. Podezření vzniká, pokud je koncentrace ft4 nízká a zároveň je koncentrace TSH buď nízká, nebo v referenčním rozmezí. To je zvláště důležité, protože sekundární hypotyreóza by měla podnítit rychlé vyhodnocení sekundární nedostatečnosti nadledvin, jelikož kortikosteroidy by měly být podávány před zahájením substituce tyroidních hormonů. Kromě toho by abnormální funkce štítné žlázy, zvláště pokud je podle testů jen mírně abnormální, mohla být přítomna z důvodu akutního onemocnění a v tomto případě je třeba opatrné interpretace. Prediktory dysfunkce štítné žlázy spojené s ICI nejsou přesvědčivě prokázány. Morganstein a spol. [48 ] popsali, že koncentrace TSH před léčbou byly u jedinců, u kterých se rozvinula viditelná nebo subklinická hypotyreóza, významně vyšší než u osob, u kterých k tomu nedošlo. Při kombinované léčbě s použitím ICI je tedy výskyt dysfunkce štítné žlázy vyšší než při monoterapii. Toto zjištění bylo zvláště zřetelné ve studii Morgansteina a spol. [48 ], ve které u 50 % pacientů užívajících ipilimumab a nivolumab vznikla dysfunkce štítné žlázy určitého stupně v porovnání s 23 % pacientů léčených ipilimumabem a s 39 % pacientů léčených buď nivolumabem, nebo pembrolizumabem (Keytruda, Merck Sharp & Dohme Corp., dceřiná společnost Merck & Co., Inc., Whitehouse Station, New Jersey, USA). Další potenciální faktory zahrnují příznaky základního onemocnění štítné žlázy, jako je struma, nebo průkaz autoimunitního onemocnění štítné žlázy (zvýšené protilátky proti tyroidální peroxidáze nebo protilátky proti tyreoglobulinu). Ovšem studie popisující výskyt dysfunkce štítné žlázy při léčbě pomocí ICI neuvádějí konzistentně existenci těchto faktorů na začátku. Proto i při absenci definitivních prediktorů onemocnění by měla být funkce štítné žlázy rutinně sledována u všech pacientů užívajících ICI. Vzhledem k tomu, že výskyt dysfunkce štítné žlázy je vyšší během prvního roku užívání ICI [34 ], bylo by vhodné monitorovat funkci štítné žlázy v tomto období častěji. Onemocnění štítné žlázy však byla hlášena dokonce až tři roky po zahájení indukční léčby ipilimumabem [37], což zdůrazňuje potřebu dlouhodobého, i když méně častého monitorování po prvním roce léčby. Vedení léčby onemocnění štítné žlázy závisí na typu poruchy štítné žlázy u daného pacienta (viz obr. 2). Tyroiditida projevující se v tyreotoxické fázi vyžaduje podpůrnou léčbu příznaků hypertyreózy betablokátory a někdy zvážení podávání kortikosteroidů. Zjevná hypotyreóza vyžaduje substituci hormonů štítné žlázy, zatímco u subklinické hypotyreózy lze zvážit jak léčbu, tak sledování. Pacienti s Gravesovou nemocí související s léčbou pomocí ICI mohou být léčeni jako takoví, avšak vedení léčby těchto pacientů může být spojeno s určitými specifickými problémy. Vzhledem k tomu, že přirozený průběh onemocnění štítné žlázy během užívání ICI není zcela znám, použití antityroidální farmakoterapie, např. methimazolu nebo propylthiouracilu, může teoreticky poskytovat rozdílné šance na navození remise v porovnání s jedinci, jejichž onemocnění nesouvisí s léčbou pomocí ICI. Proto je možné, že konečná léčba ablací pomocí radioaktivního jodu nebo tyreoidektomie může mít u těchto pacientů předvídatelnější výsledek. U pacientů s toxicitou 3. nebo 4. stupně se doporučuje přerušení podávání ICI společně s hospitalizací [52]. U pacienta zmíněného výše se po podání šesti dávek nivolumabu rozvinula abnormální funkce štítné žlázy (nízká koncentrace TSH s normální koncentrací ft4). O několik týdnů později se u něj rozvinula zjevná hypotyreóza. Tento průběh naznačuje tyroiditidu s počáteční tyreotoxickou fází, po níž následuje hypotyreózní fáze. Pacient zůstal v hypotyreózní fázi vyžadující léčbu levotyroxinem. Pokračovala u něj léčba nivolumabem a o dva roky později je léčen stále stejným způsobem. Strategie neodkladné léčby zahrnují kombinaci ICI s inhibitory tyrozinkinázy [53]. Léčba inhibitory tyrozinkinázy je kladena do souvislosti s dysfunkcí štítné žlázy [54,55 ], která se může vyskytovat ve větší míře vzhledem ke kombinované léčbě. Pro lepší popsání této skutečnosti bude třeba provést další studie; při zkoumání daných kombinací v kontextu onemocnění štítné žlázy se ale doporučuje obezřetnost. JINÉ, MÉNĚ ČASTÉ ENDOKRINOPATIE Hyperglykemie Existuje několik kazuistik [56,57,58,59 62,63,64 67] týkajících se pacientů, u nichž došlo při léčbě protilátkami proti PD 1 nebo proti PDL 1 ke vzniku diabetes mellitus. Hughes a spol. [58 ] popsali pět případů rozvoje diabetu po použití protilátek proti PD 1 (čtyři s nivolumabem a jeden s pembrolizumabem) a u tří z pěti pacientů byly zjištěny laboratorní známky autoimunitního diabetu. Mellati a spol. [60] uvedli dva případy rozvoje akutního diabetu s diabetickou ketoacidózou po podání ICI (jeden s protilátkou proti PD 1 a jeden s protilátkou proti PDL 1), přičemž u jednoho pacienta byl laboratorně prokázán autoimunitní diabetes. To znamená, že patofyziologie diabetes mellitus v souvislosti s léčbou pomocí ICI může být imunitně zprostředkována, podobně jako u diabetu 1. typu. Je zajímavé, že u některých pacientů s dříve existujícím diabetem 2. typu, kteří nebyli léčeni inzulinem, byla po užívání léčby protilátkou proti PD 1 popsána závislost na inzulinu [63]. Základem rozvoje autoimunitního diabetu při užívání protilátek proti PD 1 a proti PDL 1 je potenciální ochranná úloha dráhy PD 1 proti rozvoji diabetu 1. typu [68,69]. Ačkoli 10 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13

13 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. jsou tyto případy vzácné, jejich časné rozpoznání a rychlé zahájení inzulinové léčby může zabránit vzniku potenciálně letálních komplikací. Primární dysfunkce nadledvin Na rozdíl od sekundární nedostatečnosti nadledvin, která je při hypofyzitidě vyvolané ICI dobře prozkoumána, je primární nedostatečnost nadledvin vzácná a v odborných publikacích je popsáno pouze několik případů, přičemž většina z nich souvisí s léčbou ipilimumabem [70 72,73 ]. Ve studii fáze II s ipilimumabem u metastazujícího karcinomu z renálních buněk došlo u jednoho z 20 pacientů užívajících ipilimumab v dávce 3 mg/kg každé tři týdny k rozvoji primární nedostatečnosti nadledvin a bylo u něj nutné kontinuální podávání standardní substituční dávky kortikosteroidů. Postižený pacient měl metastázy v nadledvinách a bylo mu podáno celkem 12 dávek ipilimumabu [70]. Byl popsán případ současné primární nedostatečnosti nadledvin z důvodu autoimunitní adrenalitidy a sekundární nedostatečnosti nadledvin v důsledku hypofyzitidy po podání čtyř dávek ipilimumabu pro metastazující melanom, kdy u pacienta došlo k bilaterálnímu zvětšení nadledvin, které se normalizovalo šest týdnů po substituci kortikosteroidy [71]. Primární nedostatečnost nadledvin spojená s léčbou nivolumabem, jež vedla k hyponatremii, byla rovněž hlášena u pacienta s maligním melanomem, který reagoval na léčbu hydrokortizonem a fludrokortizonem [73 ]. Nálezy autoimunitní adrenalitidy získané pomocí 18 F FDG PET/CT mohou napodobovat metastázy nadledvin a průkaz dvoustranného symetrického hypermetabolického zvětšení nadledvin při léčbě ipilimumabem by měl být podnětem k vyšetření nadledvinových hormonů i při nepřítomnosti příznaků nedostatečnosti nadledvin [72]. Významné je, že byla rovněž hlášena zvýšená sekrece kortizolu nezávislá na ACTH, ačkoli její výskyt je mimořádně neobvyklý [37]. ZÁVĚR ICI představují významný mezník v léčbě karcinomů. Tato léčba moduluje imunitní systém pacientů s karcinomy a může mít závažné nežádoucí účinky, včetně rozvoje endokrinopatií. Lékaři provádějící léčbu by si měli být těchto nežádoucích účinků vědomi a klinické podezření by mělo být podnětem k důkladnému vyšetření a léčbě. Jelikož hormonální substituční léčba může účinně léčit endokrinopatie a ve většině případů umožňuje další užívání ICI, je důležité tyto pacienty rozpoznat a razantně léčit. Existuje několik oblastí, které je třeba dále zkoumat; týkají se důkladného pochopení patofyziologie imunitně zprostředkovaných nežádoucích účinků, identifikace měřitelných markerů, které pomohou předpovídat vznik těchto nežádoucích účinků, otázky, zda je nebo není nutné přerušit léčbu pomocí ICI na začátku endokrinopatie, a léčebných strategií, které by zmírnily potřebu dlouhodobé hormonální suplementace u pacientů s imunitně zprostředkovanou hypofyzitidou. Prohlášení Žádné. Finanční podpora a sponzorství Žádné. Střet zájmů M. H. Shahová a B. Kondaová získaly grantovou podporu od společnosti Bristol Myers Squibb; M. H. Shahová rovněž získala podporu od společnosti Merck. Zbývající autoři neuvedli žádný střet zájmů. ODKAZY A DOPORUČENÁ LITERATURA Zvláště významné práce zveřejněné během roku přípravy tohoto přehledového článku jsou označeny takto: významné, mimořádně významné. 1. Ott PA, Hodi FS, Robert C. CTLA 4 and PD 1/PD L1 blockade: new immunotherapeutic modalities with durable clinical benefit in melanoma patients. Clin Cancer Res 2013; 19: Chen L, Flies DB. Molecular mechanisms of T cell co stimulation and coinhibition. Nat Rev Immunol 2013; 13: Yao S, Zhu Y, Chen L. Advances in targeting cell surface signalling molecules for immune modulation. Nat Rev Drug Discov 2013; 12: Wherry EJ. T cell exhaustion. Nat Immunol 2011; 12: Buchbinder EI, Desai A. CTLA 4 and PD 1 pathways: similarities, differences, and implications of their inhibition. Am J Clin Oncol 2016; 39: Přehled drah imunitních kontrolních bodů a důsledky jejich inhibice na léčbu karcinomů. 6. Hodi FS, O Day SJ, McDermott DF, et al. Improved survival with ipilimumab in patients with metastatic melanoma. N Engl J Med 2010; 363: Eggermont AM, Chiarion Sileni V, Grob JJ, et al. Adjuvant ipilimumab versus placebo after complete resection of high risk stage III melanoma (EORTC 18071): a randomised, double blind, phase 3 trial. Lancet Oncol 2015; 16: Studie fáze III, která hodnotí účinnost adjuvantního ipilimumabu u resekovaného vysoce rizikového melanomu ve III. stadiu. 8. U.S. Food and Drug Administration Notifications Dostup né na it.org/7993/ / ucm htm [přístup 25. května 2017]. 9. Calabro L, Morra A, Fonsatti E, et al. Tremelimumab for patients with chemotherapy resistant advanced malignant mesothelioma: an open label, single arm, phase 2 trial. Lancet Oncol 2013; 14: Robert C, Long GV, Brady B, et al. Nivolumab in previously untreated melanoma without BRAF mutation. N Engl J Med 2015; 372: Studie fáze III, která hodnotí účinnost nivolumabu u neléčených pacientů s metastazujícím melanomem. 11. Hematology/oncology (cancer) approvals & safety notifications: U.S. Food and Drug Administration; [updated 12/19/16]. Dostupné na it.org/7993/ / 12. Hematology/oncology (cancer) approvals & safety notifications: U.S. Food and Drug Administration [updated 06/23/17]. Dostupné na Drugs/ucm htm. 13. Robert C, Schachter J, Long GV, et al. Pembrolizumab versus ipilimumab in advanced melanoma. N Engl J Med 2015; 372: Armand P, Nagler A, Weller EA, et al. Disabling immune tolerance by programmed death 1 blockade with pidilizumab after autologous hematopoietic stem cell transplantation for diffuse large B cell lymphoma: results of an international phase II trial. J Clin Oncol 2013; 31: Fehrenbacher L, Spira A, Ballinger M, et al. Atezolizumab versus docetaxel for patients with previously treated nonsmall cell lung cancer (POPLAR): a multicentre, open label, phase 2 randomised controlled trial. Lancet 2016; 387: Studie porovnávající účinnost atezolizumabu a chemoterapii u ne ma lo bu něčné ho karcinomu plic. 16. Kaufman HL, Russell J, Hamid O, et al. Avelumab in patients with chemotherapy refractory metastatic Merkel cell carcinoma: a multicentre, single group, open label, phase 2 trial. Lancet Oncol 2016; 17: Studie hodnotící účinnost avelumabu u pokročilého refrakterního karcinomu z Merkelových buněk. 17. Hahn NM, Powles T, Massard C, et al. Updated efficacy and tolerability of durvalumab in locally advanced or metastatic urothelial carcinoma (UC). J Clin Oncol 2017; 35(15_suppl): Calabro L, Morra A, Fonsatti E, et al. Efficacy and safety of an intensified schedule of tremelimumab for chemotherapy resistant malignant mesothelioma: an open label, single arm, phase 2 study. Lancet Respir Med 2015; 3: Attia P, Phan GQ, Maker AV, et al. Autoimmunity correlates with tumor regression in patients with metastatic melanoma treated with anticytotoxic T lymphocyte antigen 4. J Clin Oncol 2005; 23: Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:

14 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. 20. Ansell SM, Hurvitz SA, Koenig PA, et al. Phase I study of ipilimumab, an anti CTLA 4 monoclonal antibody, in patients with relapsed and refractory B cell non Hodgkin lymphoma. Clin Cancer Res 2009; 15: Downey SG, Klapper JA, Smith FO, et al. Prognostic factors related to clinical response in patients with metastatic melanoma treated by CTL associated antigen 4 blockade. Clin Cancer Res 2007; 13(22 Pt 1): Maker AV, Yang JC, Sherry RM, et al. Intrapatient dose escalation of anti CTLA 4 antibody in patients with metastatic melanoma. J Immunother 2006; 29: Ku GY, Yuan J, Page DB, et al. Single institution experience with ipilimumab in advanced melanoma patients in the compassionate use setting: lymphocyte count after 2 doses correlates with survival. Cancer 2010; 116: Phan GQ, Yang JC, Sherry RM, et al. Cancer regression and autoimmunity induced by cytotoxic T lymphocyte associated antigen 4 blockade in patients with metastatic melanoma. Proc Natl Acad Sci U S A 2003; 100: Lynch TJ, Bondarenko I, Luft A, et al. Ipilimumab in combination with paclitaxel and carboplatin as first line treatment in stage IIIB/IV nonsmall cell lung cancer: results from a randomized, double blind, multicenter phase II study. J Clin Oncol 2012; 30: Ribas A, Camacho LH, Lopez Berestein G, et al. Antitumor activity in melanoma and antiself responses in a phase I trial with the anticytotoxic T lymphocyte associated antigen 4 monoclonal antibody CP 675,206. J Clin Oncol 2005; 23: Kirkwood JM, Lorigan P, Hersey P, et al. Phase II trial of tremelimumab (CP 675,206) in patients with advanced refractory or relapsed melanoma. Clin Cancer Res 2010; 16: Ribas A, Kefford R, Marshall MA, et al. Phase III randomized clinical trial comparing tremelimumab with standard of care chemotherapy in patients with advanced melanoma. J Clin Oncol 2013; 31: Topalian SL, Hodi FS, Brahmer JR, et al. Safety, activity, and immune correlates of anti PD 1 antibody in cancer. N Engl J Med 2012; 366: Topalian SL, Sznol M, McDermott DF, et al. Survival, durable tumor remission, and long term safety in patients with advanced melanoma receiving nivolumab. J Clin Oncol 2014; 32: Robert C, Ribas A, Wolchok JD, et al. Anti programmed death receptor 1 treatment with pembrolizumab in ipilimumab refractory advanced melanoma: a randomised dose comparison cohort of a phase 1 trial. Lancet 2014; 384: Postow MA, Chesney J, Pavlick AC, et al. Nivolumab and ipilimumab versus ipilimumab in untreated melanoma. N Engl J Med 2015; 372: Studie porovnávající účinnost kombinované léčby s použitím ICI oproti monoterapii u dosud neléčeného metastazujícího melanomu. 33. Larkin J, Chiarion Sileni V, Gonzalez R, et al. Combined nivolumab and ipilimumab or monotherapy in untreated melanoma. N Engl J Med 2015; 373: Studie porovnávající účinnost kombinované léčby s použitím ICI oproti monoterapii u neléčeného melanomu ve III. nebo IV. stadiu. 34. Torino F, Corsello SM, Salvatori R. Endocrinological side effects of immune checkpoint inhibitors. Curr Opin Oncol 2016; 28: Přehled nežádoucích endokrinních účinků léčby pomocí ICI. 35. Faje AT, Sullivan R, Lawrence D, et al. Ipilimumab induced hypophysitis: a detailed longitudinal analysis in a large cohort of patients with metastatic melanoma. J Clin Endocrinol Metab 2014; 99: Min L, Hodi FS, Giobbie Hurder A, et al. Systemic high dose corticosteroid treatment does not improve the outcome of ipilimumab related hypophysitis: a retrospective cohort study. Clin Cancer Res 2015; 21: Studie popisující účinek podávání vysokých dávek kortikosteroidů na hypofyzitidu vyvolanou ipilimumabem. 37. Ryder M, Callahan M, Postow MA, et al. Endocrine related adverse events following ipilimumab in patients with advanced melanoma: a comprehensive retrospective review from a single institution. Endocr Relat Cancer 2014; 21: Albarel F, Gaudy C, Castinetti F, et al. Long term follow up of ipilimumab induced hypophysitis, a common adverse event of the anti CTLA 4 antibody in melanoma. Eur J Endocrinol 2015; 172: Byun DJ, Wolchok JD, Rosenberg LM, Girotra M. Cancer immunotherapy immune checkpoint blockade and associated endocrinopathies. Nat Rev Endocrinol 2017; 13: Přehled nežádoucích endokrinních účinků léčby pomocí ICI. 40. Iwama S, De Remigis A, Callahan MK, et al. Pituitary expression of CTLA 4 mediates hypophysitis secondary to administration of CTLA 4 blocking antibody. Sci Transl Med 2014; 6:230ra Madan RA, Mohebtash M, Arlen PM, et al. Ipilimumab and a poxviral vaccine targeting prostate specific antigen in metastatic castration resistant prostate cancer: a phase 1 dose escalation trial. Lancet Oncol 2012; 13: Horvat TZ, Adel NG, Dang TO, et al. Immune related adverse events, need for systemic immunosuppression, and effects on survival and time to treatment failure in patients with melanoma treated with ipilimumab at Memorial Sloan Kettering Cancer Center. J Clin Oncol 2015; 33: Retrospektivní studie hodnotící četnost užívání imunosupresiv a jejich vliv na celkové přežití a dobu do selhání léčby. 43. Faje A. Immunotherapy and hypophysitis: clinical presentation, treatment, and biologic insights. Pituitary 2016; 19: Souhrnný přehled hypofyzitidy vyvolané ICI. 44. Lammert A, Schneider HJ, Bergmann T, et al. Hypophysitis caused by ipilimumab in cancer patients: hormone replacement or immunosuppressive therapy. Exp Clin Endocrinol Diabetes 2013; 121: Blansfield JA, Beck KE, Tran K, et al. Cytotoxic T lymphocyte associated antigen 4 blockage can induce autoimmune hypophysitis in patients with metastatic melanoma and renal cancer. J Immunother 2005; 28: Garon EB, Rizvi NA, Hui R, et al. Pembrolizumab for the treatment of nonsmall cell lung cancer. N Engl J Med 2015; 372: McDermott DF, Sosman JA, Sznol M, et al. Atezolizumab, an anti programmed death ligand 1 antibody, in metastatic renal cell carcinoma: long term safety, clinical activity, and immune correlates from a phase Ia study. J Clin Oncol 2016; 34: Studie popisující účinnost a bezpečnost atezolizumabu u metastazujícího karcinomu z renálních buněk. 48. Morganstein DL, Lai Z, Spain L, et al. Thyroid abnormalities following the use of cytotoxic T lymphocyte antigen 4 and programmed death receptor protein 1 inhibitors in the treatment of melanoma. Clin Endocrinol 2017; 86: Studie popisující různé vzorce dysfunkce štítné žlázy při monoterapii pomocí ICI a při jejich použití v kombinaci. 49. Azmat U, Liebner D, Joehlin Price A, et al. Treatment of ipilimumab induced Graves disease in a patient with metastatic melanoma. Case Rep Endocrinol 2016; 2016: Kazuistika Gravesovy nemoci, která se rozvinula po podávání ipilimumabu pacientovi s metastazujícím melanomem. 50. Min L, Vaidya A, Becker C. Thyroid autoimmunity and ophthalmopathy related to melanoma biological therapy. Eur J Endocrinol 2011; 164: Ross DS, Burch HB, Cooper DS, et al American Thyroid Association guidelines for diagnosis and management of hyperthyroidism and other causes of thyrotoxicosis. Thyroid 2016; 26: Doporučené postupy American Thyroid Association pro diagnostiku a léčbu hypertyreózy. 52. Rossi E, Sgambato A, De Chiara G, et al. Endocrinopathies induced by immune checkpoint inhibitors in advanced nonsmall cell lung cancer. Expert Rev Clin Pharmacol 2016; 9: Manegold C, Dingemans AC, Gray JE, et al. The potential of combined immunotherapy and antiangiogenesis for the synergistic treatment of advanced NSCLC. J Thorac Oncol 2017; 12: Yavuz S, Apolo AB, Kummar S, et al. Cabozantinib induced thyroid dysfunction: a review of two ongoing trials for metastatic bladder cancer and sarcoma. Thyroid 2014; 24: Studie popisující dysfunkci štítné žlázy související s léčbou kabozantinibem. 55. Pani F, Atzori F, Baghino G, et al. Thyroid dysfunction in patients with metastatic carcinoma treated with sunitinib: is thyroid autoimmunity involved? Thyroid 2015; 25: Prospektivní observační kohortová studie hodnotící účinky sunitinibu na funkci štítné žlázy. 56. Gaudy C, Clevy C, Monestier S, et al. Anti PD1 pembrolizumab can induce exceptional fulminant type 1 diabetes. Diabetes Care 2015; 38:e182 e Hickmott L, De La Pena H, Turner H, et al. Anti PD L1 atezolizumab induced autoimmune diabetes: a case report and review of the literature. Target Oncol 2017; 12: Hughes J, Vudattu N, Sznol M, et al. Precipitation of autoimmune diabetes with anti PD 1 immunotherapy. Diabetes Care 2015; 38:e55 e57. Série případů hlášení rozvoje diabetu při léčbě protilátkami proti programované buněčné smrti Martin Liberal J, Furness AJ, Joshi K, et al. Anti programmed cell death 1 therapy and insulin dependent diabetes: a case report. Cancer Immunol Immunother 2015; 64: Mellati M, Eaton KD, Brooks Worrell BM, et al. Anti PD 1 and anti PDL 1 monoclonal antibodies causing type 1 diabetes. Diabetes Care 2015; 38:e137 e Munakata W, Ohashi K, Yamauchi N, Tobinai K. Fulminant type I diabetes mellitus associated with nivolumab in a patient with relapsed classical Hodgkin lymphoma. Int J Hematol 2017; 105: Okamoto M, Okamoto M, Gotoh K, et al. Fulminant type 1 diabetes mellitus with anti programmed cell death 1 therapy. J Diabetes Investig 2016; 7: Wright LA C, Ramon RV, Batacchi Z, Hirsch IB. Progression to insulin dependence post treatment with immune checkpoint inhibitors in pre existing type 2 diabetes. AACE Clin Case Rep 2017; 3:e153 e157. Dva případy pacientů s diabetem, u nichž se při užívání ICI rozvinula závislost na inzulinu. 12 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:3 13

15 Endokrinní dysfunkce po léčbě checkpoint inhibitory Konda a spol. 64. Chae YK, Chiec L, Mohindra N, et al. A case of pembrolizumab induced type 1 diabetes mellitus and discussion of immune checkpoint inhibitor induced type 1 diabetes. Cancer Immunol Immunother 2017; 66: Hansen E, Sahasrabudhe D, Sievert L. A case report of insulin dependent diabetes as immune related toxicity of pembrolizumab: presentation, management and outcome. Cancer Immunol Immunother 2016; 65: Miyoshi Y, Ogawa O, Oyama Y. Nivolumab an anti programmed cell death 1 antibody, induces fulminant type 1 diabetes. Tohoku J Exp Med 2016; 239: Teramoto Y, Nakamura Y, Asami Y, et al. Case of type 1 diabetes associated with less dose nivolumab therapy in a melanoma patient. J Dermatol 2017; 44: Guleria I, Gubbels Bupp M, Dada S, et al. Mechanisms of PDL1 mediated regulation of autoimmune diabetes. Clin Immunol 2007; 125: Kochupurakkal NM, Kruger AJ, Tripathi S, et al. Blockade of the programmed death 1 (PD1) pathway undermines potent genetic protection from type 1 diabetes. PLoS One 2014; 9:e Yang JC, Hughes M, Kammula U, et al. Ipilimumab (anti CTLA4 antibody) causes regression of metastatic renal cell cancer associated with enteritis and hypophysitis. J Immunother 2007; 30: Min L, Ibrahim N. Ipilimumab immunotherapy for advanced melanoma induced autoimmune adrenalitis. Lancet Diabetes Endocrinol 2013; 1:e15 e Bacanovic S, Burger IA, Stolzmann P, et al. Ipilimumab induced adrenalitis: a possible pitfall in 18F FDG PET/CT. Clin Nucl Med 2015; 40:e518 e Trainer H, Hulse P, Higham CE, et al. Hyponatraemia secondary to nivolumab induced primary adrenal failure. Endocrinol Diabetes Metab Case Rep 2016; 2016: Kazuistika primární nedostatečnosti nadledvin související s léčbou nivolumabem. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:

16 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. Vývoj systémů inteligentních inzulinů reagujících na glukózu Nischay K. Rege a, Nelson F. B. Phillips b a Michael A. Weiss c,d,e Účel přehledu Komplexnost moderní léčby diabetes mellitus 1. a 2. typu na bázi inzulinu a rizika spojená s výchylkami koncentrace glukózy v krvi (hyperglykemie a hypoglykemie) motivovaly vývoj technologií inteligentních inzulinů (inzulinů reagujících na glukózu GRI). Takováto analoga nebo dávkovací systémy jsou entity, které umožňují zajistit aktivitu inzulinu úměrně stavu glykemie pacienta bez externího monitorování pacientem nebo poskytovatelem zdravotní péče. Tento přehledový článek popisuje příslušné historické pozadí moderních technologií GRI a zdůrazňuje tři odlišné přístupy: a) propojení kontinuálního monitorování glykemie s dodávacími zařízeními (systémy s uzavřenou smyčkou založené na algoritmech), b) zapouzdření inzulinu do polymeru reagujícího na glukózu a c) molekulární modifikaci samotného inzulinu. Nové poznatky V tomto článku se zabýváme dosavadními pokroky ve výzkumu GRI využívajícím uvedené tři přístupy; patří k nim nově vyvinuté algoritmy pro systémy podávání inzulinu na bázi kontinuálního monitorování glykemie, modifikace existujících klinických analog, co se týče citlivosti na glukózu, nově vyvinuté polymerní matrice citlivé na hypoxii a pankreatické β buňky odvozené od kmenových buněk zapouzdřené polymerem. Souhrn Ačkoli technologie GRI je třeba ještě zdokonalit, nedávné pokroky v několika vědeckých disciplínách, které jsou popsány v tomto přehledovém článku, připravily cestu k jejich klinickému uplatnění. Klíčová slova diabetes mellitus, hypoglykemie, inzulin reagující na glukózu, polymery reagující na glukózu, umělý pankreas ÚVOD Substituční léčba inzulinem je nedílnou součástí léčby diabetes mellitus 1. typu a často je potřebná i při léčbě diabetes mellitus 2. typu. Tato odlišná onemocnění jsou způsobena absolutním nebo relativním nedostatkem inzulinu [1]. Inzulin zahajuje vychytávání glukózy v periferních tkáních vazbou na svůj molekulární cíl inzulinový receptor [2]. Tato receptorová tyrozinkináza následně aktivuje složitý komplex intracelulárních signalizačních procesů [3], což vede k translokaci glukózového transportéru GLUT 4 na povrch buněk [4]. Regulovaná sekrece inzulinu pankreatickými β buňkami v reakci na zvýšené koncentrace glukózy v intersticiu obvykle umožňuje udržovat koncentraci glukózy v krvi (blood glucose level, BGL) v úzkém rozmezí, které je u zdravých jedinců 4,4 6,7 mmol/l ( mg/dl) s hodnotami nalačno 4,4 5,6 mmol/l ( mg/dl) [5]. Na rozdíl od sekrece inzulinu pankreatem není standardní farmakologické podávání inzulinu regulováno mechanismem endogenní zpětné vazby. Dokonce i při pečlivě navržených dávkovacích režimech a při použití moderních inzulinových přípravků (tj. uměle vytvořených bazálních a rychle působících inzulinových analog) a dokonce i v souvislosti s přísným stravováním a přísnou životosprávou pacientů dochází u jedinců s diabetem ke vzniku hyperglykemií nebo hypoglykemií [6]. Chronická zdravotní rizika spojená se zvýšením průměrné glykemie (mikrovaskulární a makrovaskulární onemocnění, onemocnění ledvin, retinopatie a neuropatie) jsou záludná vzhledem k výrazným projevům akutní metabolické dekompenzace (při diabetu 1. typu diabetická ketoacidóza a při diabetu 2. typu hyperglykemické kóma) nebo okamžitým projevům a příznakům hypoglykemie (adrenergní a neuroglykopenické účinky vedoucí k úzkosti, třesu a změněnému psychickému stavu a v závažných případech až ke kómatu) [7,8]. Dále mohou tyto akutní příhody vyvolávat nežádoucí kardiovaskulární účinky při existenci již existujícího vaskulárního onemocnění [9] a opakované závažné epizody hypoglykemie mohou způsobit kumulativní poškození mozku se zhoršením a Department of Biochemistry and Medical Scientist Training Program, b Department of Biochemistry, c Department of Biomedical Engineering, d Department of Biochemistry a e Department of Medicine, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio, USA Adresa pro korespondenci: Michael A. Weiss, W436, Wood Building Department of Biochemistry Case Western Reserve University, Euclid Avenue, Cleveland, OH , USA E mail: Michael.weiss@case.edu Development of glucose responsive smart insulin systems Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes 2017; 24: Wolters Kluwer Health, Inc. 14 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:14 24

17 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. KLÍČOVÉ BODY Přestože je přísná kontrola glykemie pro pacienty s diabetem 1. typu a u podskupiny pacientů s diabetem 2. typu přínosná, přísné cílové hodnoty glykemie zvyšují riziko hypoglykemie, která má závažné akutní a dlouhodobé následky. Technologie inzulinů reagujících na glukózu (GRI) představují zařízení pro podávání inzulinu nebo inzulinových přípravků, která zajišťují aktivitu inzulinu odpovídající metabolickým potřebám pacienta, což účinně omezuje hyperglykemii a zároveň zabraňuje vzniku epizod hypoglykemie. Byly vyvinuty tři hlavní druhy GRI: a) mechanické GRI, které tvoří kontinuální monitory glykemie a inzulinové pumpy integrované pomocí algoritmů hierarchického řízení; b) GRI založené na polymerech, v nichž je inzulin zapouzdřen v polymerní matrici citlivé na glukózu; c) molekulární GRI, ve kterých vykazuje molekula inzulinu nebo inzulinový přípravek vlastní aktivitu reagující na glukózu. kognitivních funkcí [10]. Z uvedených důvodů vyhýbání se hypoglykemii často omezuje individuální cíle pro hemoglobin A 1c (integrovaný indikátor průměrné glykemie za tři měsíce) a přísnost současných režimů léčby inzulinem. Dlouhodobým cílem je vývoj inzulinových aplikačních systémů, které by společně optimalizovaly léčbu hyperglykemie a prevenci hypoglykemie. Takovéto systémy by, stejně jako endogenní pankreatické buňky, poskytly inzulin působící úměrně glykemickému stavu pacienta. Systémy inteligentních inzulinů (obecně označovaných jako inzuliny reagující na glukózu [glucose responsive insulin, GRI]) přitahují již čtyři desetiletí pozornost výzkumné obce [11,12]. Takovéto systémy jsou definovány jako zařízení pro podávání inzulinu nebo inzulinových přípravků, které umožňují aktivitu inzulinu odpovídající metabolickým potřebám pacienta. S ohledem na výše shrnuté klinické úvahy je rozvoj technologie GRI strategickou prioritou ústavu National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK) [13] a fondu Juvenile Diabetes Research Fund (JDRF) [14]. Naše definice GRI je založena spíše na koncepčním cíli dodávání inzulinu regulovaného glukózou než na jakémkoli konkrétním mechanickém nebo molekulárním provedení. Vzhledem k tomu, že tento cíl sdílí aplikační systémy na základě uzavřené smyčky (tj. umělý pankreas, založený na inzulinových pumpách spojených s kontinuálním monitorováním glykemie [continuous glucose monitoring, CGM] [15]) a že se blíží regulační schválení těchto systémů, poskytují výchozí bod pro naši diskusi. Tato perspektiva může být nekonvenční, ale vyzdvihuje klinické cíle jako náš konečný úkol. V nadcházejícím desetiletí budou systémy s uzavřenou smyčkou pravděpodobně představovat zlatý standard, vůči kterému bude hodnocena účinnost a bezpečnost inteligentních molekulárních strategií. S ohledem na zmíněné skutečnosti lze GRI obecně třídit takto: a) mechanické systémy GRI založené na algoritmech [15] v souladu s výše uvedenou definicí; b) systémy založené na polymerech, v nichž je inzulin zapouzdřený v polymerní matrici citlivé na glukózu nebo v hydrogelu [16]; c) molekulární analogové systémy GRI, které zahrnují A B OBRÁZEK 1. Model prostorového uspořádání ultrastabilních inzulinových analog. A: Jednořetězcový inzulin obsahuje nativní doménu A (tmavě šedě) a doménu B (světle šedě) a tři nativní disulfidové vazby (žlutě) inzulinu. Kromě toho obsahují analoga jednořetězcového inzulinu zkrácenou doménu C (o délce 6 8 aminokyselin; oranžově), která spojuje C koncovou část domény B (zeleně) s N koncem domény A. Tato doména tlumí konformační fluktuace molekuly, čímž zvyšuje její termodynamickou stabilitu a činí ji odolnou vůči tvorbě fibril [54]. B: 4SS inzulin je dvouřetězcové inzulinové analogon (řetězec A tmavě šedě; řetězec B světle šedě), který kromě svých tří nativních disulfidových vazeb (žlutě) obsahuje uměle vytvořenou čtvrtou disulfidovou vazbu (červená hvězdička) mezi řetězcem A a řetězcem B. Bylo popsáno, že analogon je odolné vůči tvorbě fibril a má zvýšenou teplotní stabilitu [55]. (Barevná verze obrázku je na vnitřní straně zadní obálky.) Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:

18 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. monosacharid HO B OH HO OH B + OH O OH B + O ionizace -2 H 2 O X X X OBRÁZEK 2. Schéma komplexace kyseliny fenylboronové a monosacharidu. Kyselina fenylboronová (PBA) zahrnuje arylový kruh obsahující skupinu substituentů boronové kyseliny. Je li skupina boronové kyseliny ionizována na fenylboronát, může tvořit reverzibilní esterové vazby s cis dioly, včetně těch, které se nacházejí na monosacharidech [59]. pk a nemodifikované PBA je 8,0 a má afinitu ke glukóze přibližně 10 mmol/l. Obě tyto vlastnosti je možné modulovat přidáním substituentů odebírajících elektron k arylovému kruhu (šedý kruh označený X ) [60]. Bylo prokázáno, že řada skupin, včetně nitro skupin, fluorových, karboxylových a sulfonových skupin, snižuje pk a PBA pod fyziologickou hodnotu ph 7,4 a afinity těchto derivátů ke glukóze jsou v rozmezí 8 14 mmol/l [17]. začlenění motivu citlivého na glukózu do molekuly inzulinu nebo do inzulinového přípravku, což v obou případech přináší změny biologické dostupnosti nebo aktivity hormonu v odpovědi na glukózu [17]. MECHANICKÉ INZULINY CITLIVÉ NA GLUKÓZU Mechanické systémy GRI mají tři složky: a) CGM zajišťující měření koncentrace glukózy v intersticiu v reálném čase, b) inzulinovou pumpu schopnou přijímat data z CGM a c) počítačově kódovaný algoritmus, který předpovídá vhodnou dávku inzulinu pro subkutánní injekci [18,19]. Optimalizace těchto systémů vedla k úsilí o zvýšení přesnosti a preciznosti CGM a robustnosti řídicích algoritmů. Jelikož změny koncentrace glukózy v intersticiu zaostávají přibližně o 20 minut za změnami BGL, protože inzulinové analogon (jakmile je injikováno) může vyžadovat minut pro absorpci do krevního oběhu, a jelikož hormon (jakmile se dostane do krve) může mít biologické účinky trvající 3 4 hodiny, zásadním rysem moderních algoritmů je předpovídání budoucích trendů BGL. Robustnost takovýchto prediktivních algoritmů je pravděpodobně zvyšována vývojem ultrarychlých přípravků analogového inzulinu do inzulinových pump, které minimalizují jakékoli prodlevy v subkutánní absorpci a trvání signalizace cílové buňky, jakmile se zapojí inzulinový receptor [20]. Pokroky v oblasti inženýrství v posledních 10 letech vedly k vytvoření kompaktních zařízení, v nichž jsou CGM integrována do inzulinových pump řízených algoritmy, které umožňují přesné úpravy subkutánního dávkování [21]. Dále byly vyvinuty hierarchické algoritmy, které optimalizují kontrolu glykemie při upřednostňování bezpečnosti pacientů, a to pomocí analýzy klinických údajů a zavedení rychlých metod zpracování signálu [20 23]. Tyto algoritmy zahrnují takové parametry, jako jsou síla inzulinu, doba od předchozí bolusové dávky, rychlost růstu BGL, srdeční frekvence a teplota, pro vytvoření inzulinových systémů s uzavřenou smyčkou určených k udržení euglykemie v různých podmínkách: intenzita cvičení a fyzických aktivit v běžném životě [24,25,26 ], kolísání teploty okolí [27 ], změna stravy [28,29], změna citlivosti na inzulin [30] a množství již aplikovaného inzulinu [31]. Pro účinnější prevenci nebo léčbu hypoglykemie byly vyvinuty komplexnější pumpy, které nezávisle poskytují buď inzulin, nebo jeho protiregulační hormon glukagon [26,32 34]. Tento bihormonální algoritmus spouští subkutánní injekci stabilizovaného glukagonového přípravku založeného na trendech v hodnotách CGM, které předpovídají hypoglykemii. Bylo prokázáno, že takovýto bihormonální umělý pankreas udržuje BGL v cílovém rozmezí účinněji (tj. s menším počtem hyperglykemií a s kratším trváním hypoglykemie) než konvenční inzulinové pumpy spojené s CGM [35,36 ]. Mechanické GRI mohou být dále zrychleny optimalizací každé z jejich složek. CGM lze zlepšit např. ultraminiaturizací snímačů a zvýšením jejich přesnosti [37,38,39]. Vývoj nových inzulinových analog s rychlejším působením a kratší dobou účinku (v porovnání se současnými produkty inzulinových analog Humalog, Novolog a Apidra [40 42]) by mohl zlepšit systémy s uzavřenou smyčkou poskytnutím lépe předvídatelných farmakodynamických profilů a tím přesnějšího výpočtu dávek inzulinu. Příklady rychlejších přípravků jsou Fiasp založený na analogu Novolog (reformulace inzulinu aspart obsahujícího pomocné látky, které podporují kapilární absorpci) nebo přidání degradačního enzymu hyaluronidázy do nemutovaného inzulinu ( wild type ) (rhuph20; Halozyme, Inc., San Diego, Kalifornie, USA) [43,44,45 ]; tento druhý přístup se již nepoužívá. Intraperitoneální podávání inzulinu může také nabídnout výhody při použití v systémech s uzavřenou smyčkou. Intraperitoneální podání vede k ultrarychlé absorpci 16 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:14 24

19 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. a stejně jako nativní sekrece pankreatu poskytuje účinek prvního průchodu játry. Tyto vlastnosti vedly k vývoji zařízení pro intraperitoneální infuzi [46,47] jako implantované a plnitelné pumpy [48]. Navzdory jejich teoretickým výhodám a dlouhodobým zásobníkům (až tři měsíce) bylo regulační schválení intraperitoneální infuze v USA zamítnuto z důvodu jejich náchylnosti k okluzi katétru [49]. Takovéto okluze jsou zčásti zánětlivé, vyvolané tvorbou imunogenních a prozánětlivých amyloidních fibril [50,51]. Navíc tvorba inzulinových fibril v zásobníku nebo katétru mění průtokové vlastnosti roztoku a inaktivuje hormon. Výskyt okluzí omezil proveditelnost rutinního podávání intraperitoneální infuze v jinak povzbudivé klinické studii v nemocnicích Veterans Administration v USA [52]. Nicméně dlouhodobé zkušenosti s inzulinovými pumpami byly doloženy ve francouzském Montpellieru s použitím speciálního inzulinového přípravku U 400 stabilizovaného povrchově aktivní látkou (Insuplant, Sanofi); k odstranění všech fibril nebo amyloidogenních zárodků je nutné pravidelné alkalické promývání implantovaného zásobníku v nemocnici [49]. Výzva, kterou představuje degradace inzulinu v pumpách, ať už externích [53] nebo implantovaných [50], může být řešena vývojem ultrastabilních inzulinových analog rezistentních vůči tvorbě fibril. Bylo prokázáno, že vůči tvorbě fibril jsou refrakterní dvě skupiny inzulinových analog: jednořetězcové inzuliny obsahující zkrácenou doménu C (obr. 1A) [54] a dvouřetězcová inzulinová analoga obsahující vytvořený nekanonický disulfidový můstek mezi řetězcem A a řetězcem B [55] (obr. 1B). V každém případě se předpokládá, že změněná topologie (konektivita) polypeptidu je neslučitelná s pravidelným uspořádáním cross β, což je obecný strukturální mechanismus, který je základem tvorby amyloidu [56 58]. Ačkoli tato analoga nebyla klinicky zkoušena, ve studiích s potkany je zavedení nekanonického cystinu spojeno s anomálně dlouhým trváním aktivity při intravenózní bolusové injekci [55]; to by byla nepříznivá vlastnost inzulinu v pumpě. INZULINY REAGUJÍCÍ NA GLUKÓZU NA BÁZI POLYMERŮ A MATRIC Systémy GRI založené na polymerech nebo matricích spočívají v sekvestraci nativních nebo derivatizovaných molekul inzulinu v matrici vhodné pro subkutánní injekci. Matrice je konstruována tak, aby snímala koncentrace glukózy v okolí a uvolňovala úměrné množství inzulinu pro systémovou absorpci. Sekvestraci inzulinu závislou na glukóze umožňují tři druhy motivů citlivých na glukózu: a) proteiny vázající glukózu (glucose binding protein, GBP) motiv, který zahrnuje lektiny, jako je konkanavalin A (ConA); b) glukózooxidáza (GoD) enzym, který katalyzuje oxidaci TABULKA 1. Motivy citlivé na glukózu používané v systémech inzulinů reagujících na glukózu Motiv a popis Příklady Výhody Nevýhody Uplatnění Proteiny vázající glukózu váží glukózu a oligosacharidy Glukózooxidáza katalyzuje oxidaci glukózy na kyselinu glukonovou, vytváří H 2 O 2 jako vedlejší produkt Kyselina boritá tvoří reverzibilní estery s cis dioly aglutinin z pšeničných klíčků (WGA) ConA GLUT 1 glukózooxidáza 1 glukózooxidáza 2 kyselina boritá, kyselina fenylboronová, kyselina 3 fluor 4 karboxyfenylboronová, kyselina amino fenylboronová přirozeně se vyskytující [61] škálovatelná výroba [62] strukturně robustní [62] dostupná [69] vysoká specificita ke glukóze [70] snadno spojitelná s jinými molekulami [71,72] stabilní [73] vysoký obrat [70] malá molekula snadno se používá jako derivát [60,78] tvoří reverzibilní, kovalentní vazby [59,79] glukózová afinita ve fyziologickém rozmezí [17] chemické vlastnosti PBA lze modifikovat substitučními skupinami [80 82] citlivost na ph a koncentraci glukózy [83] žádná toxicita [84] ConA konkanavalin A; PBA (phenylboronic acid) kyselina fenylboronová nefyziologická afinita ke glukóze [63] imunogenita [64] ConA je mitogenní [65] peroxidový vedlejší produkt je toxický [74 ] aktivní při hypoglykemiích [75] změny ph lze obtížně rychle zvrátit [76] interakce, která není specifická pro glukózu [85] omezená hodnota translace může se rozkládat [17] předem připravené komplexy s inzulinem [66] imobilizované v hydrogelu [67] používají se k pokrytí částic [68 ] strukturní molekula v polymerních matricích [68 ] vazba na inzulin [75] společný přípravek s inzulinem glargin [77] zapouzdřená v polymerních matricích citlivých na ph, hypoxii a peroxid [74 ] spojení s inzulinem pro společné podávání s polyoly PBA a polyolový koderivát inzulinu [17] sdružení s inzulinem prostřednictvím spojovacích řetězců mastných kyselin [86] kopolymerovaná s molekulami obsahujícími dioly v polymerních matricích [87] Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:

20 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. A inzulin zapouzdřený v polymerozomu C nízká a normální koncentrace glukózy hyperglykemie B kompaktní matrice nabobtnalá matrice polymery citlivé na ph polymery na bázi GBP polymery na bázi PBA OBRÁZEK 3. Schematické znázornění inzulinů reagujících na glukózu (GRI) na bázi polymerů. A: Inzulin je zapouzdřen v polymerní matrici ve velkých implantátech, v transdermálních náplastích nebo v mikročásticích či nanočásticích. Přirozené nebo derivatizované inzulinové analogon se typicky sekvestruje uvnitř dutiny obsahující vodu v hydrofobní polymerní matrici nepropustné pro vodu. Tyto matrice jsou během hypoglykemie nebo euglykemie kompaktní, ale během hypoglykemie se zvětšují, aby se uvolnil sekvestrovaný inzulin (B). K vytvoření polymerů reagujících na glukózu (C) bylo použito několik různých metod. Horní panely obr. C: Kyselina fenylboronová (PBA) (vytečkovaný šestiúhelník) a glukóza byly začleněny do polymerových konstrukcí tak, aby byla zachována kompaktnost matrice. Tato interakce je při zvýšení koncentrace glukózy v okolí kompetitivně znevýhodněná, což způsobí bobtnání polymeru. Prostřední panely obr. C: Imobilizované nebo společně zapouzdřené proteiny vázající glukózu (GBP) (tmavě šedé útvary) byly použity jako činidla, která stabilizují kompaktnost polymerních matric způsobem závislým na glukóze. Dolní panely obr. C: Byly vyvinuty matrice, které jsou citlivé na vedlejší produkty společně zapouzdřené nebo imobilizované glukózooxidázy (GoD) (tmavě šedý mnohoúhelník), kyselinu glukonovou a H 2 O 2, spolu s výsledným poklesem ph a místní hypoxií. Polymerní matrice často procházejí konformačními změnami vyplývajícími ze změn protonačního stavu složek konstrukce (malé kroužky a krátké čárky připojené k delším čarám) nebo z reakcí, které jsou katalyzovány vedlejšími produkty GoD. glukózy na kyselinu glukonovou s uvolněním protonu (tudíž se snížením ph); c) kyselina fenylboronová (phenylboronic acid, PBA) (obr. 2), která tvoří reverzibilní esterové vazby s molekulami obsahujícími dioly, včetně samotné glukózy (tab. 1). Brownlee a Cerami vytvořili první model systému GRI: glykosylovaný inzulin v komplexu s ConA [11,12]. Cílem tohoto komplexu bylo sekvestrovat inzulin v subkutánním prostoru během normoglykemie a uvolňovat hormon během hyperglykemie prostřednictvím soutěže s molekulami glukózy v okolí. Přestože tato strategie byla úspěšná in vitro, konkurenční požadovaná hodnota byla vyšší než typické hyperglykemické koncentrace [66]. V novějších studiích bylo navrženo, že imunogenita a mitogenita ConA by mohla narušit klinickou proveditelnost [64,65]. Pokroky ve vědě o materiálech umožnily vývoj systémů GRI založených na polymerech. V takovýchto systémech je inzulin zapouzdřen v polymerních matricích jako inteligentní subkutánní zásoba. Polymerní vezikuly (polymerozomy) a mikročástice nebo nanočástice zapouzdřují inzulin v kontrolovaném subkutánním prostředí, které může zmírnit reakce na cizí těleso nebo imunitní reakce (obr. 3A) [88,89]. Takovéto nanosystémy jsou přístupnější jemnému nastavení než komplexace ConA (obr. 4A). 18 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:14 24

21 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. A B řetězec A řetězec B 1 1 A6 A11 A7 B7 A20 B C D E albumin albumin OBRÁZEK 4. Schematické znázornění derivatizace molekuly inzulinu v technologii inzulinů reagujících na glukózu (GRI). Inzulinový hormon obsahuje dva polypeptidové řetězce, které jsou označeny jako A a B a jsou spojeny dvěma disulfidovými vazbami překlenujícími zbytky A7 a B7 a A20 a B19. A: Místa, která byla modifikována při vývoji molekulárních GRI, byla zvýrazněna barvami odpovídajícími systémům GRI zobrazeným v rámečcích. Brownlee a spol. vyvinuli molekulární GRI spřažením monosacharidů a disacharidů na N konce jednoho nebo obou polypeptidových řetězců inzulinu. Tato analoga byla před podáním navázána na konkanavalin A (ConA) (hvězdy). Očekávalo se, že ConA bude sekvestrovat inzulin v subkutánním prostoru během euglykemických podmínek (obr. A vlevo) a umožní jeho uvolnění kompetitivní vazbou glukózy v okolí (šestiúhelníčky) během hyperglykemie (obr. A vpravo) [11,66]. B: Kashyap a spol. vyvinuli systém GRI pomocí klinického analogového inzulinu glargin. Glargin obsahuje dva přidané argininové zbytky na C konci jeho řetězce B a substituci AsnA21 za glycin [77]. Tyto modifikace posunují izoelektrický bod proteinu na téměř fyziologické podmínky, což způsobuje tvorbu jeho precipitátů po subkutánní injekci. V tomto systému GRI byl glargin společně injikován s glukózooxidázou (GoD) (šedé mnohoúhelníky), od které se očekávalo, že povede ke snížení lokálního ph oxidací glukózy na kyselinu glukonovou rychlostí úměrnou stavu glykemie pacienta, při zvýšení rozpustnosti a tudíž i biologické dostupnosti glarginu. C E: Řada skupin autorů modifikovala ε aminoskupinu LysB29 deriváty kyseliny fenylboronové (PBA) (vytečkované šestiúhelníčky na krajích oválků) pro vytvoření systémů GRI. C: Hoeg Jensen a spol. přímo svázali LysB29 s deriváty PBA a prokázali schopnost analoga spojit se s polymerními nosiči obsahujícími dioly (obdélníky s připojenými drobnými kroužky) v závislosti na glukóze [17]. D: Stejná skupina autorů také derivatizovala zbytek B29 molekulou obsahující PBA a polyolovou skupinu (černé čárky s připojenými drobnými kroužky) a prokázala schopnost analoga vytvářet in vitro multihexamerní komplexy, které by se mohly disociovat způsobem závislým na glukóze [90]. E: Chou a spol. v nedávné době vyvinuli GRI, který obsahoval derivát PBA spojený prostřednictvím mastného acylového spojovacího řetězce (černá klikatá čára s vytečkovaným šestiúhelníkem na konci) s LysB29; předpokládalo se, že toto analogon se bude vázat na albumin (větší ovál) za normoglykemických podmínek, bude se uvolňovat během hyperglykemie jako volná glukóza v komplexu s molekulou PBA a povede ke snížení afinity analoga pro albumin [86]. Ačkoli toto analogon vykazovalo na myším modelu schopnost reagovat na glukózu, spojitost s albuminem nebo disociace z albuminu v závislosti na glukóze se nepotvrdila. GRI založené na polymerech mohou k zapouzdření využívat celou řadu chemikálií. Patří k nim polyetylenglykol, poly N vinylpyrrolidon a sukcinyl amidofenyl glukopyranosid [16,91 93] nebo navržené biomolekuly, jako jsou modifikované peptidy nebo lipidy [94,95 ]. Přestože jsou matrice v podmínkách normoglykemie nebo hypoglykemie nepropustné pro inzulin, jejich propustnost se může zvýšit v důsledku změn struktury, které způsobují bobtnání nebo zvýšenou rozpustnost polymeru ve vodě v reakci na zvýšení koncentrace glukózy v intersticiu (obr. 3B). Za tímto účelem byly do takových polymerových konstrukcí začleněny molekulární glukózové senzory (GBP, GoD a PBA). Pro začlenění glukózových senzorů do GRI založených na polymerech bylo testováno několik strategií. Patří k nim částice zapouzdřující inzulin složené z matric koderivatizovaných s PBA nebo s jinými boronovými kyselinami [87,96,97 ], dot imobilizované příčné vazby uhlíku nebo glukózy na bázi esterů [98 ]. Imobilizované GBP byly také využity ve spojení s polymery modifikovanými glukózou. Tato strategie je základem pro SmartInsulin vyvinutý společností SmartCells, Inc. [67,68 ]. GoD byla rovněž zapouzdřena do matric, které jsou chemicky citlivé na H 2 O 2, hypoxii nebo snížení lokálního ph. Na rozdíl od technologií založených na PBA a GPB jsou polymerní matrice v systémech založených na GoD izomerizovány [94] nebo jsou chemicky modifikovány oxidačně redukčními reakcemi [95 ], k nimž dochází v důsledku aktivity GoD, což vede ke zvýšené vodopropustnosti zapouzdřujícího polymeru (obr. 3C). Polymerozomy na bázi GoD nedávno použili Yu a spol. [74 ] pro zapouzdření inzulinu do samovolně se Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:

22 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. uspořádávajících polymerozomů složených z polyetylenglykolu a polystyrenu (modifikovaného 2 nitroimidazolem prostřednictvím thioesterového můstku). V tomto elegantním schématu podpořila lokální hypoxie navozená aktivitou GoD redukci 2 nitroimidazolu na hydrofilnější 2 aminoimidazol pomocí subkutánních reduktáz, což způsobilo, že došlo k nabobtnání zapouzdřujícího polymeru, čímž se stal propustnějším pro vodu. Thioesterový můstek sloužil k dvojímu účelu: k zachycování H 2 O 2 (vedlejšího produktu aktivity GoD) a přitom přeměnou thioesteru na sulfon k dalšímu zvýšení propustnosti matrice. Po potvrzení mechanismu účinku in vitro byly polymerozomy integrovány se zesíťovanou kyselinou hyaluronovou ( cross linked hyaluronic acid microneedle arrays ) pro bezbolestné transkutánní podání mikrojehlou [99]. Pomocí tohoto systému bylo možné snížit BGL u myší s diabetem během 60 minut a udržovat adekvátní kontrolu glykemie po dobu přibližně pěti hodin. Použití tohoto systému nevyvolalo hypoglykemii u myší, jimž byl předtím podán inzulin. Technologie GRI založené na polymerech se potýkají s takovými problémy, jako jsou omezená stabilita částic [100] a četnost suboptimálních odpovědí jsou příliš pomalé v reakci buď na zvýšení, nebo na snížení BGL (resp. vedoucí k hyperglykemii nebo hypoglykemii). Řešení těchto nedostatků často přináší paradoxní výsledky: senzibilizující matrice vůči hyperglykemii mohou například omezit jejich schopnost tlumit uvolňování inzulinu při hypoglykemiích. Druhý ze zmíněných problémů může být vystupňován prostřednictvím degradace matrice, což zvyšuje riziko závažné epizody hypoglykemie [76,101 ]. Několik skupin autorů řešilo výše uvedené problémy tím, že vytvořily systémy GRI s vícečetnými a komplementárními molekulárními mechanismy snímání glukózy a její odezvy. Příkladem je kombinace GoD, matrice citlivé na ph a modifikací matrice nebo zapouzdřeného inzulinu samotného pomocí PBA [83,102]. Taková nanotechnologie může rychle reagovat na aktivitu GoD a také zpomalit uvolňování inzulinu během normoglykemie prostřednictvím interakcí s dioly v polymerní matrici [101,103,104]. Bylo také prokázáno, že míru odpovědi na glukózu modulují obměna velikosti částic a propustné plochy [105] a přidání několika vrstev polymerní matrice [100]. V několika mikrogelových a nanogelových systémech byl inzulin zapouzdřen v převážně nepropustných polymerních matricích, které obsahovaly pouze malé otvory (nebo póry ) v polymerním materiálu reagujícím na glukózu. Tato strategie usiluje o omezení maximální míry uvolňování glukózy (čímž se zmírňuje riziko extrémní hypoglykemie) při zachování rychlé odpovědi na hyperglykemii [76]. Jiné možné strategie pro systémy GRI založené na polymerech využívá samoregulační schopnost kadaverických β buněk pankreatu nebo β buněk kultivovaných z pluripotentních kmenových buněk za účelem vytvoření systému reagujícího na glukózu [106]. Hlavní překážku implantace β buněk představuje reakce těla na cizorodý materiál [107]. Zapouzdření v polymerních matricích je již dlouho zkoumáno jako prostředek pro izolaci implantovaných buněk vůči takovým tkáňovým reakcím v místě vpichu [108]. Ačkoli několik studií ukázalo schopnost pluripotentních kmenových buněk zapouzdřených polymerem zajistit kontrolu glykemie u imunosuprimovaných zvířat s diabetem [109,110], první příklad funkčního GRI s použitím pluripotentních kmenových buněk zapouzdřených polymerem u imunokompetentního zvířete popsali Vegas a spol. [111 ]. Pluripotentní kmenové buňky byly zapouzdřeny v mikrokuličkách o průměru 1,5 mm složených z alginátu modifikovaného azolem (triazolthiomorfolin dioxid). Tím se prokázalo, že u myší s diabetem takové částice udržovaly euglykemii bez epizod hypoglykemie po dobu 150 dnů. Dále částice vyvolaly pouze omezenou imunitní aktivaci a reakci těla na cizorodý materiál, jak bylo hodnoceno analýzou imunitních molekul adsorbovaných na povrchu extrahovaných částic a biomolekulárních markerů souvisejících s fibrózou [112]. Jako klíčové inovace byly rozpoznány velká velikost implantovaných částic (v porovnání s jinými zařízeními GRI na bázi polymerů) a derivatizace alginátové matrice s imidazolem [111 ]. Doposud nebylo prokázáno, že by tyto modifikace vedly ke zmírnění imunitní odpovědi u lidí, což potenciálně omezuje klinickou použitelnost [111,113]. MOLEKULÁRNÍ INZULINY REAGUJÍCÍ NA GLUKÓZU Molekulární GRI představují novou skupinu molekul, ve které molekula inzulinu nebo inzulinové přípravky zajišťují aktivitu nebo biologickou dostupnost závislou na glukóze. Současné kandidátní technologie spoléhají na sekvestraci aktivního inzulinového hormonu v subkutánním prostoru nebo v krevním oběhu (jako neaktivní komplexy) se zvýšeným uvolňováním nebo aktivací pouze během hyperglykemie. Přestože tyto strategie jsou stále v časných fázích vývoje, potenciální pohodlí a nákladová efektivita molekulárních GRI z nich činí zajímavý cíl pro vývoj budoucích analog. V časné strategii byla použita fúzní molekula inzulin GoD [75]. Spojení na bázi cysteinů bylo přerušeno při oxidaci glukózy enzymem. Ačkoli byl tento princip prokázán in vitro, nízká hodnota K m GoD pro glukózu vedla k uvolnění hormonu za hypoglykemických podmínek [75]. Kromě toho by uvolňování peroxidu vodíku prostřednictvím GoD (jako vedlejšího produktu oxidace glukózy) mohlo poškodit okolní tkáně generováním reaktivních forem kyslíku (reactive oxygen species, ROS). Kashyap a spol. [114] v nesouvisejícím přístupu využívali změny ph v okolí v závislosti na GoD k modulaci rozpustnosti (a tedy i biologické dostupnosti) inzulinu glargin, aktivní složky přípravku Lantus. Vzhledem k tomu, že je toto bazální analogon nerozpustné při neutrálním ph, ale je rozpustné v kyselých podmínkách, bylo předpověděno, že okyselování zprostředkované GoD (tvorbou kyseliny glukonové) zvyšuje biologickou dostupnost inzulinového analoga [115] (obr. 4B). Přestože přístup založený na tomto mechanismu se in vitro ukázal jako slibný a prokázal určité zlepšení kontroly glykemie v pilotních studiích na zvířatech, nebyla zveřejněna žádná komplexní zpráva [77]. PBA poprvé popsali v kontextu systému GRI Hoeg Jensen a spol. [17]. Tito autoři prokázali, že deriváty PBA mohou být spřaženy s inzulinem, aniž by ovlivnily jeho biologickou aktivitu, čímž je analogu umožněno vázat sekvestrační činidla obsahující dioly (obr. 4C). Výzkumníci dále prokázali, že inzulinová analoga koderivatizovaná s PBA a polyoly by mohla in vitro vytvářet multimerní komplexy závislé na glukóze (obr. 4D) [90,116]. Podobné utváření multimerních 20 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:14 24

23 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. A FnIII-1 L2 B αct inzulin řetězec A CR FnIII-2 αct L1 inzulin řetězec B FnIII-3 CR L1 C D řetězec A αct B8 OBRÁZEK 5. Strukturální znázornění vazby inzulinu na inzulinový receptor (IR). A: Ektodoména IR (přední monomer homodimeru zvýrazněného barvou), molekulárního cíle inzulinu. L1 a αct domény IR (fialově) zahrnují vazebné místo inzulinu. B: Ve své uzavřené nebo skladovací konformaci nesmí inzulin zablokovat své vazebné místo z důvodu sterického střetu αct (fialově) s C koncovým řetězcem B inzulinu (hnědě). C: Pro zachycení primárního vazebného místa musí inzulin podstoupit konformační změnu, ve které se C koncový řetězec B odděluje od hydrofobního jádra globulárního proteinu rozvinutím překlenujících zbytků B20 B23 β ohybu (červený rámeček v obr. B a C). D: Odštěpení C koncového řetězce B z hydrofobního jádra inzulinu umožňuje molekule vložit se mezi domény L1 a αct a obsadit své vazebné místo. (Barevná verze obrázku je na vnitřní straně zadní obálky.) asociačních stavů (nezávislé na tvorbě glukózy) bylo vytvořeno v případě inzulinu degludek, bazálního acylovaného inzulinu [117]. Podle našich znalostí nebyly popsány žádné výsledky in vivo. Nedávné použití GRI na bázi PBA bylo popsáno skupinami Langera Andersona v Massachusetts Institute of Technology (MIT) [86]. V této studii bylo použito acylované inzulinové analogon (detemir, aktivní složka přípravku Levemir, Novo Nordisk). Inzulin detemir obsahuje kyselinu myristovou spřaženou se specifickým lyzinem (Lys B29 ), který zprostředkovává vazbu na sérový albumin a zajišťuje tak dlouhodobou zásobu v krevním řečišti. Autorské skupiny MIT se snažily derivatizovat acylový zbytek prostřednictvím PBA takovým způsobem, aby její afinita k albuminu byla citlivá na glukózu (obr. 4E) [86]. Ačkoli tohoto cíle nebylo in vitro dosaženo, některá z kandidátních analog GRI vykazovala biologickou aktivitu v reakci na glukózu při testu s peritoneální infuzí glukózy u myší. Molekulární mechanismy, které jsou základem těchto podnětných nálezů, nebyly definovány. Novou cestu pro molekulární vývoj GRI by mohly připravit nedávné krystalografické studie zaměřené na inzulin vázaný na fragmenty ektodomény inzulinového receptoru [2,118]. Takovéto studie odhalují významnou změnu konformace inzulinu při vazbě na receptor (obr. 5). Tento mechanismus by mohl být využit k vytvoření konformační změny závislé na glukóze tak, že by se narušila vazba modifikovaného inzulinu na inzulinový receptor za podmínek hypoglykemie. Toto pojetí představuje aktivní oblast výzkumu. KLINICKÝ VÝZNAM A ZÁVĚR Vývoj dobře snášených a účinných GRI slibuje zlepšení zdravotního stavu a kvality života pacientů s diabetem 1. typu a jedinců s diabetem 2. typu refrakterních vůči perorální Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:

24 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. léčbě. Bylo prokázáno, že přísná kontrola glykemie zpomaluje rozvoj mikrovaskulárních komplikací nebo zabraňuje jejich vzniku u diabetu 1. typu [119] a je pravděpodobně prospěšná v časných stadiích diabetu 2. typu [ ]. Nicméně používání razantních inzulinových režimů zvyšuje akutní i dlouhodobé riziko hypoglykemie [ ], což vede k určitým obavám, jelikož pacienti s diabetem 1. typu žijí při uplatňování současných standardů zdravotní péče déle a opakující se epizody hypoglykemie jsou spojeny s poklesem kognitivních funkcí [8]. Souhrnně vyjádřeno, technologie GRI poskytuje naději na intenzivní kontrolu glykemie bez zvýšeného rizika hypoglykemie a s menší zátěží pro pacienty [7]. Ačkoli u GRI na bázi spojení CGM a pumpy jsou v současné době využívány nejpokročilejší komponentní technologie, nedávné inovace matricových a molekulárních GRI jsou elegantní a naznačují slibné cesty k náhradě funkce pankreatických β buněk. Očekáváme, že v nadcházejících letech bude dosaženo dalšího pokroku. Prohlášení Naše poděkování si zaslouží dr. S. Genuth a dr. F. Ismail Beigi za neutuchající podporu a konzultace v rámci CWRU. M. A. Weiss děkuje D. G. Andersonovi, M. C. Lawrenceovi, B. Smithovi a C. Wardovi za rozhovory týkající se struktur a dr. J. Avruchovi, M. Bretonovi, P. De Meytsovi, E. R. Damianovi, E. R. Edelmanovi, D. M. Harlanovi, C. R. Kahnovi, R. S. Langerovi, C. T. Robertsovi jr., S. J. Russellovi, S. E. Shoelsonovi, M. Stranovi, W. K. Wardovi a H. Zisserovi za dlouholetou kolegiální spolupráci. N. F. B. Phillips je konzultantem společnosti Thermalin Diabetes, LLC. M. A. Weiss je vedoucím pracovníkem a členem představenstva společnosti Thermalin Diabetes, LLC. U obou autorů nedošlo k narušení politiky kontroly střetů zájmů CWRU. Finanční podpora a sponzorství N. K. Rege je podporován stipendiem National Institutes of Health (F30 DK112644) a Medical Scientists Training Program v CWRU (NIH T32 GM007250). Tato práce byla částečně podpořena granty MAW od charitativního trustu Leony M. a Harryho B. Helmsleyových a od National Institutes of Health (R01 DK04994). Střet zájmů Autoři neuvedli žádný střet zájmů. ODKAZY A DOPORUČENÁ LITERATURA Zvláště významné práce zveřejněné během roku přípravy tohoto přehledového článku jsou označeny takto: významné, mimořádně významné. 1. Kahn S. The relative contributions of insulin resistance and beta cell dysfunction to the pathophysiology of type 2 diabetes. Diabetologia 2003; 46: Menting JG, Yang Y, Chan SJ, et al. A structural hinge in insulin enables its receptor engagement. Proc Natl Acad Sci USA 2014; 111: White MF, Kahn CR. The insulin signaling system. J Biol Chem 1994; 269: Saltiel AR, Pessin JE. Insulin signaling pathways in time and space. Trends Cell Biol 2002; 12: Petznick A. Insulin management of type 2 diabetes mellitus. Am Fam Phys 2011; 84: Campbell MD, Walker M, Bracken RM, et al. Insulin therapy and dietary adjustments to normalize glycemia and prevent nocturnal hypoglycemia after evening exercise in type 1 diabetes: a randomized controlled trial. BMJ Open Diab Res Care 2015; 3:e Beregszàszi M, Tubiana Rufi N, Benali K, et al. Nocturnal hypoglycemia in children and adolescents with insulin dependent diabetes mellitus: prevalence and risk factors. J Pediatr 1997; 131: Cryer PE, Davis SN, Shannon H. Hypoglycemia in diabetes. Diab Care 2003; 26: Snell Bergeon JK, Wadwa RP. Hypoglycemia, diabetes, and cardiovascular disease. Diab Technol Therap 2012; 14 (S1); S 51 S Cryer PE. Hypoglycemia: pathophysiology, diagnosis, and treatment. New York, NY: Oxford University Press; Brownlee M, Cerami A. A glucose controlled insulin delivery system: semisynthetic insulin bound to lectin. Science 1979; 206: Zaykov AN, Mayer JP, DiMarchi RD. Pursuit of a perfect insulin. Nat Rev Drug Discov 2016; 15: NIDDK. Advances and emerging opportunities in diabetes research: a strategic planning report. In: Committee DMIC, editor. Washington, D.C.: NI DDK, Committee DMIC; Insel RA, Deecher DC, Brewer J. Juvenile Diabetes Research Foundation: mission, strategy, and priorities. Diabetes 2012; 61: Halvorson M, Carpenter S, Kaiserman K, Kaufman FR. A pilot trial in pediatrics with the sensor augmented pump: combining real time continuous glucose monitoring with the insulin pump. J Pediatr 2007; 150: e Ravaine V, Ancla C, Catargi B. Chemically controlled closed loop insulin delivery. J Contr Rel 2008; 132: Hoeg Jensen T, Ridderberg S, Havelund S, et al. Insulins with built in glucose sensors for glucose responsive insulin release. J Pept Sci 2005; 11: Renard E. Implantable closed loop glucose sensing and insulin delivery: the future for insulin pump therapy. Curr Opin Pharmacol 2002; 2: Renard E, Costalat G, Bringer J. [From external to implantable insulin pump, can we close the loop?]. Diabetes Metab 2002; 28:2S19 12S. 20. Breton M, Farret A, Bruttomesso D, et al. Fully integrated artificial pancreas in type 1 diabetes: modular closed loop glucose control maintains near normoglycemia. Diabetes 2012; 61: Ly TT, Roy A, Grosman B, et al. Day and night closed loop control using the integrated medtronic hybrid closed loop system in type 1 diabetes at diabetes camp. Diabetes Care 2015; 38: Doyle FJ, Huyett LM, Lee JB, et al. Closed loop artificial pancreas systems: engineering the algorithms. Diabetes Care 2014; 37: Pinsker JE, Lee JB, Dassau E, et al. Randomized crossover comparison of personalized MPC and PID control algorithms for the artificial pancreas. Diabetes Care 2016; 39: DeBoer MD, Cherñavvsky DR, Topchyan K, et al. Heart rate informed artificial pancreas system enhances glycemic control during exercise in adolescents with T1D. Pediatr Diabetes 2017; 18: Kontrolovaná klinická studie zahrnující 18 dospívajících pacientů používajících umělý pankreas s informacemi o srdeční frekvenci, prokázala výrazné zkrácení trvání hypoglykemie v porovnání s použitím standardního umělého pankreatu. 25. Miller S, Nimri R, Atlas E, et al. Automatic learning algorithm for the MD logic artificial pancreas system. Diabetes Technol Therap 2011; 13: Jacobs PG, El Youssef J, Reddy R, et al. Randomized trial of a dual hormone artificial pancreas with dosing adjustment during exercise compared with no adjustment and sensor augmented pump therapy. Diabetes Obes Metab 2016; 18: Kontrolovaná studie prokázala, že bihormonální pankreas s využitím standardizovaných algoritmů pro dávkování během cvičení byl schopen snížit počet epizod hypoglykemie v porovnání s ručně upravenými dávkami umělého pankreatu. 27. Turksoy K, Monforti C, Park M, et al. Use of wearable sensors and biometric variables in an artificial pancreas system. Sensors 2017; 17:532. Popis analýzy biometrických údajů shromážděných od cvičících pacientů s cílem určit, jaké proměnné jsou nejprediktivnější pro koncentraci glukózy v krvi. 28. Lee H, Buckingham BA, Wilson DM, Bequette BW. A closed loop artificial pancreas using model predictive control and a sliding meal size estimator. J Diabetes Sci Technol 2009; 3: Lee H, Bequette BW. A closed loop artificial pancreas based on model predictive control: human friendly identification and automatic meal disturbance rejection. Biomed Signal Process Contr 2009; 4: Steil G, Clark B, Kanderian S, Rebrin K. Modeling insulin action for development of a closed loop artificial pancreas. Diabetes Technol Therap 2005; 7: Ellingsen C, Dassau E, Zisser H, et al. Safety constraints in an artificial pancreatic β cell: an implementation of model predictive control with insulin on board. J Diabetes Sci Technol 2009; 3: Bakhtiani PA, Caputo N, Castle JR, et al. A novel, stable, aqueous glucagon formulation using ferulic acid as an excipient. J Diabetes Sci Technol 2014; 9: Haidar A, Legault L, Messier V, et al. Comparison of dual hormone artificial pancreas, single hormone artificial pancreas, and conventional insulin pump therapy for glycaemic control in patients with type 1 diabetes: 22 Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:14 24

25 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. an open label randomised controlled crossover trial. Lancet Diabetes Endocrinol 2015; 3: Haidar A, Legault L, Matteau Pelletier L, et al. Outpatient overnight glucose control with dual hormone artificial pancreas, single hormone artificial pancreas, or conventional insulin pump therapy in children and adolescents with type 1 diabetes: an open label, randomised controlled trial. Lancet Diabetes Endocrinol 2015; 3: Blauw H, Keith Hynes P, Koops R, DeVries JH. A review of safety and design requirements of the artificial pancreas. Ann Biomed Eng 2016; 44: El Khatib FH, Balliro C, Hillard MA, et al. Home use of a bihormonal bionic pancreas versus insulin pump therapy in adults with type 1 diabetes: a multicentre randomised crossover trial. Lancet 2016; 389: Velká multicentrická studie bihormonálního umělého pankreatu v domácím prostředí, která prokázala schopnost tohoto zařízení snížit počet epizod hypoglykemie a udržet cílové hodnoty BGL účinněji než standardní inzulinové pumpy CGM. 37. Ribet F, Stemme G, Roxhed N. Ultra miniaturization of a planar amperometric sensor targeting continuous intradermal glucose monitoring. Biosens Bioelectr 2017; 90: Popis vývoje implantabilního ultraminiaturního zařízení CGM, obsahujícího elektrodu a tenké vrstvy polymerních membrán, které jsou implantovány do dermis pacienta a mohou zajistit dynamické měření BGL. 38. Graf A, McAuley SA, Sims C, et al. Moving toward a unified platform for insulin delivery and sensing of inputs relevant to an artificial pancreas. J Diabetes Science Technol 2016; 11: Thabit H, Hovorka R. Coming of age: the artificial pancreas for type 1 diabetes. Diabetologia 2016; 59: Lougheed WD, Zinman B, Strack TR, et al. Stability of insulin lispro in insulin infusion systems. Diabetes Care 1997; 20: Mudaliar SR, Lindberg FA, Joyce M, et al. Insulin aspart (B28 Asp Insulin): a fast acting analog of human insulin. Diabetes Care 1999; 22: Becker RH, Frick AD, Burger F, et al. Insulin glulisine, a new rapid acting insulin analogue, displays a rapid time action profile in obese nondiabetic subjects. Exp Clin Endocrinol Diabetes 2005; 113: Vaughn DE, Yocum RC, Muchmore DB, et al. Accelerated pharmacokinetics and glucodynamics of prandial insulins injected with recombinant human hyaluronidase. Diabetes Technol Therap 2009; 11: Heise T, Hövelmann U, Zijlstra E, et al. A comparison of pharmacokinetic and pharmacodynamic properties between faster acting insulin aspart and insulin aspart in elderly subjects with type 1 diabetes mellitus. Drugs Aging 2017; 34: Studie klinicky potvrzuje farmakodynamické a farmakokinetické údaje týkající se přípravku Fiasp. 45. Heise T, Pieber TR, Danne T, et al. A pooled analysis of clinical pharmacology trials investigating the pharmacokinetic and pharmacodynamic characteristics of fast acting insulin aspart in adults with type 1 diabetes. Clin Pharmacokinet 2017; 56:1 9. Popis nového přípravku Fiasp obsahujícího inzulin aspart, který vykazuje rychlejší nástup účinku a obnovení koncentrace glukózy v krvi po aplikaci. 46. Schade DS, Eaton RP, Friedman JE, Spencer WJ. Normalization of plasma insulin profiles with intraperitoneal insulin in diabetic man. Diabetologia 1980; 19: Schade DS, Eaton P. The peritoneum a potential insulin delivery route for a mechanical pancreas. Diabetes Care 1980; 3: Irsigler K, Kritz H, Hagmüller G, et al. Long term continuous intraperitoneal insulin infusion with an implanted remote controlled insulin infusion device. Diabetes 1981; 30: Renard E, Boutleau S, Jacques Apostol D, et al. Insulin underdelivery from implanted pumps using peritoneal route. Determinant role of insulin pump compatibility. Diabetes Care 1996; 19: Bally L, Thabit H, Hovorka R. Finding the right route for insulin delivery an overview of implantable pump therapy. Expert Opin Drug Deliv 2017; 14: Jeandidier N, Boivin S, Sapin R, et al. Immunogenicity of intraperitoneal insulin infusion using programmable implantable devices. Diabetologia 1995; 38: Saudek CD, Duckworth WC, Giobbie Hurder A, et al. Implantable insulin pump vs multiple dose insulin for noninsulin dependent diabetes mellitus: a randomized clinical trial. Department of Veterans Affairs Implantable Insulin Pump Study Group. JAMA 1996; 276: Cobelli C, Renard E, Kovatchev BP, et al. Pilot studies of wearable outpatient artificial pancreas in type 1 diabetes. Diabetes Care 2012; 35:e65 e Hua QX, Nakagawa SH, Jia W, et al. Design of an active ultrastable single chain insulin analog: synthesis, structure, and therapeutic implications. J Biol Chem 2008; 283: Vinther TN, Norrman M, Ribel U, et al. Insulin analog with additional disulfide bond has increased stability and preserved activity. Protein Sci 2013; 22: Tycko R. Solid state NMR studies of amyloid fibril structure. Annu Rev Phys Chem 2011; 62: Tycko R, Ishii Y. Constraints on supramolecular structure in amyloid fibrils from two dimensional solid state NMR spectroscopy with uniform isotopic labeling. J Am Chem Soc 2003; 125: Dobson CM. Protein folding and misfolding. Nature 2003; 426: Springsteen G, Wang B. A detailed examination of boronic acid diol complexation. Tetrahedron 2002; 58: Guo Z, Shin I, Yoon J. Recognition and sensing of various species using boronic acid derivatives. Chem Commun 2012; 48: Weis WI, Drickamer K. Structural basis of lectin carbohydrate recognition. Ann Rev Biochem 1996; 65: Paulová M, Tichá M, Entlicher G, et al. Relationship between red blood cell agglutination and polysaccharide precipitation by phytohemagglutinin of Pisum sativum L. FEBS Lett 1970; 9: Drickamer K, Taylor ME. Biology of animal lectins. Ann Rev Cell Biol 1993; 9: Ballerstadt R, Evans C, McNichols R, Gowda A. Concanavalin A for in vivo glucose sensing: a biotoxicity review. Biosens Bioelectron 2006; 22: Coutinho A, Larsson EL, Grönvik KO, Andersson J. Studies on T lymphocyte activation. II. The target cells for concanavalin A induced growth factors. Eur J Immunol 1979; 9: Brownlee M, Cerami A. Glycosylated insulin complexed to Concanavalin A. Biochemical basis for a closed loop insulin delivery system. Diabetes 1983; 32: Zion TC, Tsang HH, Ying JY. Glucose sensitive nanoparticles for controlled insulin delivery. Dspace@MIT; Wang C, Ye Y, Sun W, et al. Red blood cells for glucose responsive insulin delivery. Adv Mater Práce o nanočásticovém GRI na bázi GBP, v němž byly nanočástice pokryty nosiči glukózy, jako je GLUT 1, nacházející se na membránách červených krvinek za účelem sekvestrace glykosylovaného inzulinu. 69. Wilson R, Turner A. Glucose oxidase: an ideal enzyme. Biosens Bioelectr 1992; 7: Janssen FW, Ruelius HW. Carbohydrate oxidase, a novel enzyme from polyporus obtusus. II. Specificity and characterization of reaction products. Biochim Biophys Enzymol 1968; 167: Ngo TT, Lenhoff HM. Amperometric assay for collagenase. Appl Biochem Biotechnol 1983; 8: Leathem A, Brooks S. Enzyme binding to detect carbohydrate expression in tissue sections. Histochem J 1987; 19: Coulthard C, Michaelis R, Short W, et al. Notatin: an anti bacterial glucose aerodehydrogenase from Penicillium notatum Westling and Penicillium resticulosum sp. nov. Biochem J 1945; 39: Yu J, Qian C, Zhang Y, et al. Hypoxia and H2O2 dual sensitive vesicles for enhanced glucose responsive insulin delivery. Nano Lett 2017; 17: Popis dvojitě citlivého polymerního GRI, v němž byl GoD společně s inzulinem zapouzdřen v matrici citlivé na hypoxii a H 2 O 2. Tento způsob uspořádání zajistil u potkanů uvolňování inzulinu úměrně koncentraci glukózy v okolí a byl schopen udržovat potřebnou BGL. 75. Ito Y, Imanishi Y. Protein device for glucose sensitive release of insulin. Polymeric Drugs and Drug Administration; 1994; Gu Z, Dang TT, Ma M, et al. Glucose responsive microgels integrated with enzyme nanocapsules for closed loop insulin delivery. ACS Nano 2013; 7: Kasyhap N, Pohl R, Bruen K, Leone E, Steiner S, editors. Smart basal insulin formulation that releases insulin in response to blood glucose concentrations of diabetic swine Annual Meeting Controlled Release Society, Portland, OR; Friedman S, Pizer R. Mechanism of the complexation of phenylboronic acid with oxalic acid reaction which requires ligand donor atom protonation. J Am Chem Soc 1975; 97: Yan J, Springsteen G, Deeter S, Wang B. The relationship among pka, ph, and binding constants in the interactions between boronic acids and diols it is not as simple as it appears. Tetrahedron 2004; 60: Nicholls MP, Paul PK. Structures of carbohydrate boronic acid complexes determined by NMR and molecular modelling in aqueous alkaline media. Organic Biomol Chem 2004; 2: Yilmaz MD, Xue M, Ambrogio MW, et al. Sugar and ph dual responsive mesoporous silica nanocontainers based on competitive binding mechanisms. Nanoscale 2015; 7: Matsumoto A, Ishii T, Nishida J, et al. A synthetic approach toward a self regulated insulin delivery system. Angewandte Chemie 2012; 124: Wang Y, Zhang X, Han Y, et al. ph and glucose sensitive glycopolymer nanoparticles based on phenylboronic acid for triggered release of insulin. Carbohydr Polym 2012; 89: Yang W, Gao X, Wang B. Boronic acid compounds as potential pharmaceutical agents. Med Res Rev 2003; 23: Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:

26 Vývoj systémů inteligentních inzulinů Rege a spol. 85. Deshayes S, Cabral H, Ishii T, et al. Phenylboronic acid installed polymeric micelles for targeting sialylated epitopes in solid tumors. J Am Chem Soc 2013; 135: Chou DH C, Webber MJ, Tang BC, et al. Glucose responsive insulin activity by covalent modification with aliphatic phenylboronic acid conjugates. Proc Natl Acad Sci USA 2015; 112: Jin X, Zhang X, Wu Z, et al. Amphiphilic random glycopolymer based on phenylboronic acid: synthesis, characterization, and potential as glucose sensitive matrix. Biomacromolecules 2009; 10: Lopes JR, Santos G, Barata P, et al. Physical and chemical stimuli responsive drug delivery systems: targeted delivery and main routes of administration. Curr Pharm Design 2013; 19: Frost GI. Recombinant human hyaluronidase (rhuph20): an enabling platform for subcutaneous drug and fluid administration. Expert Opin Drug Deliv 2007; 4: Hoeg Jensen T, Havelund S, Markussen J, et al. Glucose dependent release of insulin from glucose sensing insulin derivatives. United States Podual K, Doyle F, Peppas NA. Modeling of water transport in and release from glucose sensitive swelling controlled release systems based on poly (diethylaminoethyl methacrylate g ethylene glycol). Indus Eng Chem Res 2004; 43: Lee YM, Kim SH, Cho CS. Synthesis and swelling characteristics of ph and thermoresponsive interpenetrating polymer network hydrogel composed of poly (vinyl alcohol) and poly (acrylic acid). J Appl Polym Sci 1996; 62: Kitano S, Koyama Y, Kataoka K, et al. A novel drug delivery system utilizing a glucose responsive polymer complex between poly (vinyl alcohol) and poly (N vinyl 2 pyrrolidone) with a phenylboronic acid moiety. J Controlled Rel 1992; 19: Li X, Fu M, Wu J, et al. ph sensitive peptide hydrogel for glucose responsive insulin delivery. Acta Biomater 2017; 51: Popis vývoje peptidového hydrogelu citlivého na ph, ve kterém je zapouzdřen inzulin, GoD a kataláza. Samovolně se uspořádávající peptidy mění svou konformaci v reakci na změny ph za účelem uvolnění inzulinu. 95. Anirudhan T, Nair AS, Nair SS. Enzyme coated beta cyclodextrin for effective adsorption and glucose responsive closed loop insulin delivery. Int J Biol Macromol 2016; 91: Popis vývoje hydrogelových částic citlivých na ph, které jsou potaženy GoD a katalázou a bobtnají jako odpověď na hyperglykemii. 96. Wang Y, Huang F, Sun Y, et al. Development of shell cross linked nanoparticles based on boronic acid related reactions for self regulated insulin delivery. J Biomater Sci Polym Ed 2017; 28: Nedávný návrh nanočásticového GRI na bázi PBA, který zahrnoval účinnou metodu syntézy standardizovaných stabilních částic zapouzdřujících inzulin, které uvolňovaly inzulin in vitro při fyziologicky relevantních koncentracích glukózy. 97. Wang H, Yi J, Yu Y, Zhou S. NIR upconversion fluorescence glucose sensing and glucose responsive insulin release of carbon dot immobilized hybrid microgels at physiological ph. Nanoscale 2017; 9: GRI na bázi polymerů obsahující PBA byl syntetizován s uhlíkovými tečkami, což jsou malé molekuly, které slouží jako fluorescenční reportéři konformačních změn reagujících na glukózu a uvolňování inzulinu. 98. Dong Y, Wang W, Veiseh O, et al. Injectable and glucose responsive hydrogels based on boronic acid glucose complexation. Langmuir 2016; 32: Zkoumání poměrů skupin boronové kyseliny vůči materiálům polymerové konstrukce, které poskytují nejstabilnější a reverzibilně propustný hydrogel reagující na glukózu. 99. Xie S, Li Z, Yu Z. Microneedles for transdermal delivery of insulin. J Drug Deliv Sci Technol 2015; 28: Shi D, Ran M, Zhang L, et al. Fabrication of biobased polyelectrolyte capsules and their application for glucose triggered insulin delivery. ACS Appl Mater Interf 2016; 8: Yesilyurt V, Webber MJ, Appel EA, et al. Injectable self healing glucose responsive hydrogels with ph regulated mechanical properties. Adv Mater 2016; 28: Popis dynamického hydrogelu vytvořeného s použitím tří různých derivátů PBA a cis diolových skupin. Výsledný hydrogel byl stabilní a byl schopen reverzibilně bobtnat v reakci na hyperglykemie. Gel také slabě reagoval na změny ph Li J, Yang L, Fan X, et al. Temperature and glucose dual responsive carriers bearing poly(n isopropylacrylamide) and phenylboronic acid for insulin controlled release: a review. Int J Polym Mater Polym Biomater 2017 (v tisku) Matsumoto A, Yoshida R, Kataoka K. Glucose responsive polymer gel bearing phenylborate derivative as a glucose sensing moiety operating at the physiological ph. Biomacromolecules 2004; 5: Kikuchi A, Suzuki K, Okabayashi O, et al. Glucose sensing electrode coated with polymer complex gel containing phenylboronic acid. Anal Chem 1996; 68: Sun L, Zhang X, Zheng C, et al. A ph gated, glucose sensitive nanoparticle based on worm like mesoporous silica for controlled insulin release. J Phys Chem B 2013; 117: Hirshberg B. Lessons learned from the international trial of the Edmonton Protocol for islet transplantation. Curr Diab Rep 2007; 7: Robertson RP. Islet transplantation as a treatment for diabetes a work in progress. New Engl J Med 2004; 350: Lim F, Sun AM. Microencapsulated islets as bioartificial endocrine pancreas. Science 1980; 210: Lum Z P, Tai IT, Krestow M, et al. Prolonged reversal of diabetic state in NOD mice by xenografts of microencapsulated rat islets. Diabetes 1991; 40: Schneider S, Feilen PJ, Brunnenmeier F, et al. Long term graft function of adult rat and human islets encapsulated in novel alginate based microcapsules after transplantation in immunocompetent diabetic mice. Diabetes 2005; 54: Vegas AJ, Veiseh O, Gürtler M, et al. Long term glycemic control using polymer encapsulated human stem cell derived beta cells in immune competent mice. Nat Med 2016; 22: Popis systému GRI, ve kterém byly pankreatické β buňky odvozené od kmenových buněk zapouzdřeny v alginátové derivatizované polymerní matrici z triazolthiomorfolin dioxidu. GRI byl schopen udržet euglykemii u myší se sníženou imunitní odpovědí. Šlo o první průkaz transplantace β buněk zapouzdřených polymerem u imunokompetentních zvířat Kolb M, Bonniaud P, Galt T, et al. Differences in the fibrogenic response after transfer of active transforming growth factor b 1 gene to lungs of fibrosis prone and fibrosis resistant mouse strains. Am J Respir Cell Mol Biol 2002; 27: Elliott R, Escobar L, Tan P, et al. Intraperitoneal alginate encapsulated neonatal porcine islets in a placebo controlled study with 16 diabetic cynomolgus primates. Transplant Proc 2005; 37: Hilgenfeld R, Seipke G, Berchtold H, et al. The evolution of insulin glargine and its continuing contribution to diabetes care. Drugs 2014; 74: Gillies PS, Figgitt DP, Lamb HM. Insulin glargine. Drugs 2000; 59: Hoeg Jensen T, Havelund S, Markussen J, inventors; Novo Nordisk A/S, assignee. Glucose dependent insulins. United States patent US 7,317, Jan Jonassen I, Havelund S, Hoeg Jensen T, et al. Design of the novel protraction mechanism of insulin degludec, an ultra long acting basal insulin. Pharm Res 2012; 29: Menting JG, Whittaker J, Margetts MB, et al. How insulin engages its primary binding site on the insulin receptor. Nature 2013; 493: The Diabetes Control and Complications Trial Research Group. The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long term complications in insulin dependent diabetes mellitus. N Engl J Med 1993; 329: UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet 1998; 352: Patel A, MacMahon S, Chalmers J, et al. Intensive blood glucose control and vascular outcomes in patients with type 2 diabetes. N Engl J Med 2008; 358: Duckworth W, Abraira C, Moritz T, et al. Glucose control and vascular complications in veterans with type 2 diabetes. N Engl J Med 2009; 360: Control D, Group CTR. Hypoglycemia in the diabetes control and complications trial. Diabetes 1997; 46: Group DR. Epidemiology of severe hypoglycemia in the diabetes control and complications trial. Am J Med 1991; 90: Gerstein HC, Miller ME, Byington RP, et al. Effects of intensive glucose lowering in type 2 diabetes. N Engl J Med 2008; 358: Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes/CZ 2018; 6:14 24

27 OBRÁZEK 1. Model prostorového uspořádání ultrastabilních inzulinových analog. A: Jednořetězcový inzulin obsahuje nativní doménu A (tmavě šedě) a doménu B (světle šedě) a tři nativní disulfidové vazby (žlutě) inzulinu. Kromě toho obsahují analoga jednořetězcového inzulinu zkrácenou doménu C (o délce 6 8 aminokyselin; oranžově), která spojuje C koncovou část domény B (zeleně) s N koncem domény A. Tato doména tlumí konformační fluktuace molekuly, čímž zvyšuje její termodynamickou stabilitu a činí ji odolnou vůči tvorbě fibril [54]. B: 4SS inzulin je dvouřetězcové inzulinové analogon (řetězec A tmavě šedě; řetězec B světle šedě), který kromě svých tří nativních disulfidových vazeb (žlutě) obsahuje uměle vytvořenou čtvrtou disulfidovou vazbu (červená hvězdička) mezi řetězcem A a řetězcem B. Bylo popsáno, že analogon je odolné vůči tvorbě fibril a má zvýšenou teplotní stabilitu [55]. αct αct αct OBRÁZEK 5. Strukturální znázornění vazby inzulinu na inzulinový receptor (IR). A: Ektodoména IR (přední monomer homodimeru zvýrazněného barvou), molekulárního cíle inzulinu. L1 a αct domény IR (fialově) zahrnují vazebné místo inzulinu. B: Ve své uzavřené nebo skladovací konformaci nesmí inzulin zablokovat své vazebné místo z důvodu sterického střetu αct (fialově) s C koncovým řetězcem B inzulinu (hnědě). C: Pro zachycení primárního vazebného místa musí inzulin podstoupit konformační změnu, ve které se C koncový řetězec B odděluje od hydrofobního jádra globulárního proteinu rozvinutím překlenujících zbytků B20 B23 β ohybu (červený rámeček v obr. B a C). D: Odštěpení C koncového řetězce B z hydrofobního jádra inzulinu umožňuje molekule vložit se mezi domény L1 a αct a obsadit své vazebné místo.

28