LEKCE 2 - biotechnologická léčiva, zařaz, trend vývoje - proces vývoje nového léčiva, kontrola projektů, - jednotlivé etapy, preklinický a klinický vývoj - API (Active Pharmaceutical Ingredient), požadavky na čistotu
Biotechnologická léčiva rychle se vyvíjející skupina originálních léčiv Lze je zařadit do širší skupiny biologických léčiv lze je rozdělit: a) podle strukturní identifikace (strukturu lze nebo nelze přesně definovat) b) podle způsobu přípravy, resp. výroby Co jsou biotechnologická léčiva (biofarmaceutika) dle EMEA: do této kategorie jsou zařazována léčiva, jejichž strukturu nelze přesně definovat, obvykle vyráběná průmyslovou aplikací rekombinantní DNA technologie pomocí tzv. transgenních systémů (s použitím organismů různé úrovně); Širší pojetí: a) složité proteinové molekuly, mezi něž patří: - monoklonální protilátky (zánětlivá onemocnění, rakovina) - proteiny s životně důležitými funkcemi, tj. hormony (somatotropin, E-poietin), enzymy (insulin), přirozené ligandy receptorů (interferony, cytokiny) b) vakciny a alergeny c) krevní a plasmatické deriváty a jejich rekombinantní alternativy (lidský imunoglobulin, antitrombinové produkty, lidský plasmatický faktor VIII, IX a jejich rekombinantní analoga a d.)
Historie biotechnologických léčiv: 70. léta: první rekombinantní DNA získána v r. 1972 a v r. 1975 byly vyprodukovány první monoklonální protilátky v laboratorním měřítku 80. léta: v r. 1982: ve větším měřítku připraven rdna technologií lidský insulin (Humulin ). v r. 1986: připravena první rdna vakcina (Recombivax ) první monoklonální protilátka (Orthoclone OKT3 ) a rekombinantní DNA technologií vyrobeny interferony Intron a Roferon v r. 1989: první blockbuster rekmbinantní erythropoetin První biotechnologická firma Genentech vznikla v USA v r. 1976 a dva roky poté, v r. 1978 byl založen Biogen jako první biotechnologická společnost v Evropě
Nejrychlejší rozvoj v oblasti monoklonálních protilátek Hlavní terapeutické využití: v léčbě chorob spojených s poruchou imunitního systému, především rakovinných a zánětlivých onemocnění - v klinickém použití, po případě v pozdní fázi klinického hodnoc je více než 200 monoklonálních protilátek Původ: chimérické - tvořeny živočišným proteinem (např. myším) imab humanizované převážně tvořeny lidským proteinem umab Hlavní představitelé: - s nejvyššími prodeji (2009) a nejširším použitím je infliximab (Remicade ) léčba reumatoidní artritidy a některých tumorů (7.151 mld USD) - s cytostatickým účinkem je nyní nejvýznamnější rituximab (Rituxan ), působí proti receptoru antigenu CD 20 (5.605 mld USD) - trastuzumab (Herceptin ), v léčbě karcinomu prsu (4.849 mld USD)* - bevacizumab (Avastin ), v léčbě kolorekt.karcinomu, inhibitor VEGF (5.729 mld USD) - adalimumab (Humira ), léčba reumatoidní artritidy (5.561 mld USD) *konkurence: inhibitory tyrosin kinás ( imiby ), zvláště Gleevec (imatinib)
Hlavní problémy biotechnologických léčiv: a) vysoká cena léčby těmito přípravky (řádově převyšuje obdobnou léčbu chemickými léčivy) b) velkoobjemová výroba (biotech.léčiva cca 10 % celkového množství léčiv cca 50 % výrobních kapacit farmaceutických firem); výrobní cyklus: 25 50 týdnů (u chemických léčiv 3 5 týdnů) c) paradoxně příliš blízký vztah k přirozeným ligandům problémy imunogenního charakteru Hlavní výhody biotechnologických léčiv: a) kauzální léčba, nikoliv symptomatická b) minimální vedlejší účinky (kromě mabs, které jsou spojeny s imunitním systémem) c) rychlejší vývoj Prodeje: v r. 2004 celkový světový trh: 55.7 mld USD v r. 2005 70 mld USD v r. 2008 125 mld USD předpokládá se roční dvojciferný nárůst minimálně do r. 2015 do r. 2010 cca 17 % všech léčiv v preskribci bude biotechnologických
Rok Registrovaná léčiva dle původu Léčiva (celkem) Chemická Biologická Počet* % 1997 50 36 14 (4, 6, 3) 28.0 2000 44 32 12 (5, 1, 6) 27.3 2001 36 21 15 (11, 2, 2) 41.7 2002 33 27 6 (5, 1, 0) 18.2 2003 30 19 11 (5, 5, 1) 36.7 2004 26 19 7 (3, 3, 1) 26.9 2005 42 28 14 (7, 2, 5) 33.3 2006 41 26 15 (4, 3, 8) 36.6 2007 32 22 10 (3,2,5) 31.2 2008 31 21 10 (5,2,3) 32.3 2009 41** 25 15 (5,5,5) 36.6 * rekombinantní proteiny, monoklonální protilátky, vakciny ** + 10 vakcin proti chřipce v důsledku epidemie tzv. prasečí chřipky
Podíl biotechnologických léčiv na prodejích v TOP 100 Rok Pořadí biotechnologických léčiv Prodeje biotech TOP 100 mld USD mld USD % 2001 5,14,28,34,44,50,69,76,84,90 (10) 13.117 9.5 138.12 2002 4,11,16,33,37,43,52,54,73,82, 86,88,91 (13) 2003 5,20,28,29,45,50,51,57,62,69, 80,89,93,94 (14) 2004 7,19,21,23,30,36,37,46,72,80, 85,91,96,97,99 (15) 2005 10,12,15,16,17,24,30,42,46,57, 62,66,68,76,77,90 (16) 2006 6,7,11,12,19,21,30,35,38,55, 57,67,70,73,79,85,90,98 (18) 2007 4,5,7,15,18,21,26,31,33,40,52, 54,61,66,73,77,81,82,86,91,92 (21) 2008 4,5,7,9,10,13,21,25,29,36,41,42,54, 57,58,66,69,70,72,75,86,93,99,100 (24) 2009 4,5,7,8,9,13,17,25,37,38,42,47,50,53,56, 61,70,71,74,78,94 (21) 18.931 12.8 148.46 20.507 12.5 163.73 22.145 12.1 182.91 34.520 16.4 210.67 43.386 18.3 236.50 56.191 21.5 261.88 69.171 25.6 270.61 69.419 24.5 283.30
Šest největších biotechnologických společností Společnost Prodeje v mld USD 2005 2004 2003 Amgen 12.43 10.55 8.35 Genentech 6.63 4.62 3.30 Genzyme 2.73 2.20 1.71 Serono 2.59 2.46 2.02 Biogen 2.42 2.21 1.85 Chiron 1.92 1.72 1.77
Srovnání výdajů na V+V a zisků v % prodejů hlavních biotechnologických firem Společnost Prodeje Mld USD Náklady na V+V Mld USD / % Zisk Mld USD / % 2005 2004 2005 2004 2005 2004 Amgen 12.43 10.55 2.31/18.6 2.03/19.2 3.68/29.6 2.36/22.4 Genentech 6.63 4.62 1.26/19.0 0.95/20.5 1.28/19.3 0.79/17.0 Genzyme 2.73 2.20 0.50/18.4 0.39/17.8 0.44/16.1 0.09/3.9 Serono 2.59 2.46 0.59/22.9 0.59/24.2 0.52/20.1 0.47/19.3 Biogen 2.42 2.21 0.75/30.9 0.68/30.9 0.16/6.6 0.52/23.4 Chiron 1.92 1.72 0.43/22.6 0.43/25.0 0.19/9.7 0.08/4.6
Výrobci biotechnologických léčiv TOP 9 světových firem v r. 2007 náklady na V + V a zisk Pořadí Společnost Prodeje mld USD Výdaje mld USD Výdaje v % z prodejů Získ (%) 1 Amgen 14.771 3.266 22.1 21.43 2 Genentech 11.724 2.446 20.9 23.62 3 Genzyme 3.814 0.732 19.19 12.58 4 Biogen 3.172 0.925 24.16 20.11 5 CSL Ltd 2.788 0.161 5.77 16.28 6 Cephalon 1.773 0.369 20.81 10.83 7 Celgene 1.406 0.399 28.83 16.07 8 Actelion 1.098 0.243 22.13 9.47 9 Amylin 0.781 0.276 35.34 27.02 Celkem: 46.299 9.898 21.38
Výrobci biotechnologických léčiv TOP 7 světových firem v r. 2008 náklady na V + V a zisk Pořadí Společnost Prodeje mld USD Výdaje mld USD Výdaje v % z prodejů Získ (%) 1 Amgen 15.033 3.030 20.20 27.91 2 Genentech 13.918 2.800 20.87 25.54 3 Genzyme 4.605 1.308 28.41 9.14 4 Allergan 4.403 0.798 18.12 13.14 5 Biogen 4.098 1.072 26.16 19.11 6 CSL Ltd 4.044 0.250 6.18 22.74 7 Celgene 2.255 0.931 41.3 23.67
Bio společnosti v TOP 50 v r. 2009 (údaje jsou v mld USD) Pořadí Společnost Prodeje Výdaje na R+D Zisk % % 15. Amgen 14.771 3.366 22.78 3.166 21.43 16. Genentech 13.400 2.773 20.69 3.640 27.16 32. Genzyme 3.187 0.650 20.40-0.017-0.53 33. Allergan 3.063 1.056 34.48-0.127-4.15 35. CSL* 2.788 0.176 6.31 0.454 16.28 37. Biogen 2.683 0.718 26.76 0.218 8.13 44. Cephalon 1.764 0.403 22.85 0.145 8.22 *zaměřena na výrobu vakcin, protijedů a biofarmaceutik
Závěry: Srovnání originátorů chemických a biotechnologických léčiv - TOP 10 bio společnosti mají prodeje 5x až 8x nižší než odpovídající TOP 10 chem.společnosti - relativní výdaje na výzkum a vývoj biotech.společností jsou vyšší (v průměru o 5 %) ve srovnání s chemickými - zisky biotech.společností jsou s chemickými srovnatelné (x Amgen 5 blockbusterů) - nižší zisky Genzyme; má několik orphan drugs
Výzkum a vývoj originálního léčiva I. Výzkumná fáze: základní (badatelský) výzkum vyhledávací (screeningový) výzkum II. Preklinický vývoj širší biologické hodnoc syntéza substance vývoj lékové formy III. Klinický vývoj Fáze I Fáze II Fáze III
I. Výzkumná fáze: Základní (badatelský) výzkum: u projektů směřujících k prototypům (obvykle LS) zahrnuje : studium zákl. biochemických procesů patologie chorob na receptorové, buněčné úrovni mechanismus patologického procesu (interakce biomakromolekuly s přirozeným ligandem) mechanismus biologického účinku budoucí aktivní substance (využití CADD, mol. modelování) využití transgenních organismů vůdčí struktura (lead structure) Vyhledávací (screeningový) výzkum: zahrnuje : syntéza, analýza a biologické hodnoc serií strukturních analogů (congeners) biologické hodnoc na modelech in vitro, in vivo využití vztahů mezi strukturou a biol.aktivitou, na kvalitativní nebo kvantitativní úrovni optimalizace biol. účinnosti
II. Preklinický vývoj (na vybraných látkách): 1) širší biologické hodnoc a) farmakologické hodnoc na modelech in vitro a in vivo další studium mechanismu účinku b) toxikologické hodnoc hodnoc vedlejších účinků na KVS, CNS speciální toxikologie mutagenita, vliv na fertilitu studie subchronické a chronické toxicity minimálně na dvou zvířecích druzích (potkan, pes); 30 a 180 dní c) studie farmakokinetiky a biotransformace na zvířecích modelech vývoj metodiky (minimálně na dvou zvířecích druzích) d) farmakologické a toxikologické hodnoc hlavního metabolitu (pro registrační dokumentaci všechny experimenty podle požadavků GLP)
II. Preklinický vývoj (pokračování): 2) syntéza substance a její analytické hodnoc a) optimalizace syntézy včetně procesního analytického hodnoc, b) příprava standardu a značeného standardu (pro distribuční studii) c) analytické hodnoc API i meziproduktů (GLP), požadavky na čistotu syntéza standardů nečistot d) validace navrženého výrobního procesu (GMP) validační šarže resp. klinická šarže (pro klinický vývoj) nezbytný požadavek e) stabilitní studie substance stresové, zrychlené, dlouhodobé f) vypracování obou částí DMF (Drug Master File) dle požadavků registrační autority shrnuje poznatky o API (DS) 3) vývoj lékové formy a) výběr vhodné lékové formy a její vývoj b) hodnoc biologické dostupnosti distribuce aktivní substance, disoluční testy c) stabilitní studie zrychlené a dlouhodobé, analytické hodnoc (rozkladné produkty jako další nečistoty)
III. Klinický vývoj: Fáze I : metabolická studie a farmakokinetika po jednotlivém a opakovaném podání zdravým dobrovolníkům úprava analytických metod urč terapeutické dávky z hlediska farmakokinetiky Fáze II: ověř farmakodynamického účinku, registrace nežádoucích efektů jednotlivé a opakované podání pacientům, v různých dávkách toleranční studie (u cytostatik pilotní studie pro stanovenní max. tolerované dávky) stanov hlavních biochemických parametrů charakterizace nežádoucích účinků, monitorování plasmatických hladin účinné látky a hlavního metabolitu (ů) urč terapeutické dávky z farmakodynamického hlediska Fáze III: srovnávací studie se známými standardy opakované podání, studie se statisticky významným počtem pacientů (v tisících), obvykle multicentrická v různých státech Fáze IV: postregistrační pokračující mnohonárodní klinické studie (důraz na toleranci) sběr a kontrola nežádoucích vedlejších účinků (farmakovigilance)
Implicitní předpoklady současného modelu klinického zkouš lék působí na každého člověka stejně, bez ohledu na věk, pohlaví, rasu, další choroby lék působí nezávisle na dalších lécích které pacient užívá klinické zkoušky potřebné k registraci (1. až 3.fáze) spolehlivě prokážou účinnost a dlouhodobou bezpečnost léku
Kontrolní systém pro V & V projekty Kontrola dosažených výsledků - v rozhodovacích bodech (milestones) vývoje rozhoduje se o dalším osudu projektu (ukonč nebo pokračování) Např. : výběr látky pro prekliniku, výsledky toxikologie, problematická syntéza. Co je kontrolováno : 1. splnění časového plánu 2. porovnání nákladů a výsledků 3. kvalita dosažených výsledků
API (Drug Substance, DS) aktivní farmaceutická substance - musí vyhovovat přísným požadavkům, které byly vytvořeny na mezinárodní úrovni na základě praktických zkušeností - jsou shrnuty do souborů pravidel (tzv. guidelines) poslední období je charakterizováno jejich mezinárodní harmonizací - na jejich základě je nutno pro každou API vypracovat závazný dokument, podle nějž (kromě jiných informací) se řídí kvalita API tzv. Drug Master File (DMF) nyní: Active Substance Master File - v rámci EU je rozdělen do dvou částí: otevřené a uzavřené - pro FDA jsou obě části spojeny - + QOS = Quality Overall Summary (dříve Expert Report) - z hlediska kvality: API obsahuje specifikaci, podle níž je pro každou vyrobenou šarži vypracován Certificate of Analysis (CoA) - důležitou součastí DMF je charakterizace všech předpokládaných nečistot, které mohou být v substanci přítomny - v rámci EU: CEP (Certificate of Suitability with Eur.Pharm.)
NEČISTOTY: a) organické b) anorganické c) zbytková rozpouštědla d) genotoxické a) organické Související s výrobním procesem a charakterem substance: a) v průběhu výrobního procesu - výchozí látky - meziprodukty - produkty vedlejších a následných reakcí b) při skladování - degradační produkty Profil nečistoty (v API): - neidentifikovaná: NMT 0.10 % - identifikovaná: NMT 0.1 % - kvalifikovaná: > 0.15 % Guidelines Medicinal Products for Human Use, Vol. 3A, p. 62, 1998 Edition Pokud je API popsána v Ph.Eur. jsou limity nečistot uvedeny v monografii
Příklad: AP DMF Methadone hydrochloride Manufacturing process: 1st step (alkylace na a-c atomu): N diphenylacetonitrile + N Cl. HCl 1.chloro-2-dimethylamino propane. HCl NaOH toluene N N (4RS)-dimethylamino-2,2-diphenyl pentane nitrile
2nd step (Grignardova reakce na nitril.skupině): N N (4RS)-4-(dimethylamino)-2,2- diphenylpentanenitrile ethylmagnesiumbromide diethylether 3rd step (příprava hydrochloridu): C H 3 O N methadone base HCl/ethanol diethylether H 3 C H 3 C O O N methadone base N methadone.hcl HCl
A) Organic impurities Impurity A Isomethadone ketimine N H 3 C NH ((2RS)-4-imino-N,N,2-trimethyl-3,3- diphenylhexan-1-amine It can be formed as a side product in 2nd step; specification limit: 0.10 % N N (4RS)-4-(dimethylamino)-2,2-diphenylpentanenitrile (DDP) Intermediate formed in the 1st manufacturing step; specification limit: 0.10 %
Impurity C - Isodidiavalo N H 3 C (3RS)-4-(dimethylamino)-3-methyl-2,2-diphenylbutanenitrile (DMD) It can be formed as a side product in the 1st manufacturing step (z isomérního dimethylaminoderivátu); specification limit: 0.10 % Impurity D Isomethadone O N (5RS)-6-(dimethylamino)-5-methyl-4,4-diphenylhexan-3-one Side product formed in the 2nd manufacturing step from isodidiavalo; specification limit: 0.10 % N
B) Inorganic impurities The final drug substance is tested for sulfated ash (NMT 0.1 %) (obecný požadavek Guideline) C) Residual solvents diethyl ether - used in step 2 as solvent for the preparation of methadone base and in step 3 for precipitation of crude methadone hydrochloride (NMT 1500 ppm) ethanol - used in step 3 for crystallization of crude methadone hydrochloride (NMT 5000 ppm) toluene - used in step 2 for extraction of methadone base (NMT 500 ppm) 2-propanol - used in all three manufacturing steps (NMT 5000 ppm) (rozpouštědla zařazena do tříd podle toxicity, jímž odpovídají hodnoty NMT, uvedeny v Guideline)
Genotoxické nečistoty: Požadavek na kvalifikování genotoxických nečistot byl zaveden po roce 2000 a platí pro všechny API registrované do klinického použití (originální i generické) Existují expertní programy, z nichž lze genotoxickou látku, po případě strukturní fragment odhadnout (např. expertní program DEREK*, na podkladě statistického vyhodnoc několika tisíc struktur; k odvoz modelu QSAR používá metody pattern recognition) Pokud jistota či pravděpodobnost existuje, stanoví se limitní koncentrace výpočtem dle TTC (Treshold Toxicological Concern): concentration [ppm] = (1.5 [mg/day] / maximum daily dose [g/day] = = X [ppm] Experimentální stanov genotoxicity: Amesovým testem *Deductive Estimation of Risk from Existing Knowledge)