Proteinläkemedel. Patrik Strömberg. Disposition

Transkript

1 Proteinläkemedel Patrik Strömberg Läkemedelsprocessen Disposition Skillnader mellan proteinläkemedel och småmolekyler Klassificering av proteinläkemedel Viktiga aspekter, egenskaper och möjligheter för ett proteinläkemedel Exempel 1. EPO Exempel 2. TNF blockerare 1

2 Läkemedelsutvecklingsprocessen Biotech Pharma Phase 3 Effect NDA Market C O S T Pharma Biotech Academia Basic Research Target ID -hypothesis Pharma Biotech Validation Screening H2L Lead Opt Candidate Drug Phase 1 PK/PD Phase 2 Dose R I S K Discovery Pre-Clinical Clinical Quality (CMC, Farmaci) Safety (Farmakologi, Toxikologi) Efficacy (Klinik) Risk - Benefit 2

3 Myndigheter Proteinläkemedel Terminologi: Biologic(al)s (biotherapeutics), Biotechnology-derived pharmaceuticals or protein pharmaceuticals Vissa begrepp omfattar även blodprodukter, antitoxiner, vaccin, nukleinsyror (DNA vaccin, antisense, genterapi), peptider m.m. Stora makromolekyler (>5 kda) ggr större än traditionella småmolekylära läkemedel 1923 Insulin framrenat från gris och ko börjar säljas (Eli Lilly) 1982 Humant rekombinant Insulin producerat i E.coli (Genentech /Eli Lilly) (Glyco)proteiner bestående av L-aminosyror och eventuella sockergrupper (och andra modifieringar) Bioteknisk produktion Komplexa strukturer och mönster av posttranslationella modifieringar Produkt- och/eller process-specifika föroreningar 3

4 Skillnader i läkemedelsutvecklingen Targets Småmolekyler Intra- och extracellulära (hela kroppen) Proteinläkemedel Extracellulära (begränsad distribution) Specificitet Oftast farmakologisk aktivitet i flera arter Ofta begränsat antal arter (enbart apa, människa) Prekliniska studier Generiskt upplägg (guidelines) Alternativa, case-by-case (t.ex. surrogat-molekyler) Administration Tillverkning (process, skala) Oralt (oftast samma genom hela utvecklingen) Kemisk syntes, ofta samma process men uppskalning Injektion (vanligen i.v. infusion eller s.c.) Bioteknologisk process, vanligt att byta process/skala (ibland även cellklon). Dominerande kostnad. Bioteknisk produktion De flesta proteinläkemedel framställs med rekombinant DNA-teknik cdna eller genen för proteinet klonas DNAt förs in i en ny värdcell (cell linje) Proteinet uttrycks heterologt Möjliga expressionssystem är: Mikroorganismer- bakterier (t.ex. E.coli) och jäst Eukaryota celler- insektceller, mammalieceller (t.ex. CHO) Transgena djur och växter Processer Upstream Downstream Formulering 4

5 Klassificering av proteinläkemedel Substitutionsterapi Ersätta defekt eller frånvarande protein, eller förstärkning av proteinsignal i en befintlig signalväg Insulin, tillväxthormon, koagulationsfaktorer, metabola enzymdefekter m.fl. Hematopoes (EPO), fertilitetsbehandling (FSH), immunreglering (interferon) Targeting (specialiserade målsökningsmolekyler) Antikroppar eller motsvarande Naturliga receptorer eller regulatoriska molekyler 5

6 Nature Biotechnology volume 28 number 9 September 2010 Viktiga aspekter, egenskaper och möjligheter för ett proteinläkemedel Tillverkningskostnad (Cost-of-goods, COGS) Expressionssystem Expressionsnivåer Process (upstream, downstream, analys, formulering) Immunogenicitet Humanisering, produktionscell (glykosylering) Dos, administrationsväg, doseringsintervall Molekylstorlek i.v., i.m., s.c. Convenience Farmakokinetik Halveringstid i kroppen Protein engineering och kemisk modifiering IP/Patentskydd 6

7 Exempel 1. Erythropoietin (EPO) Glykoproteinhormon (tillväxtfaktor) som kontrollerar produktionen av röda blodkroppar Utsöndras från njurarna Rekombinant EPO används sedan ca 20 år Nu finns även nya vidareutvecklade varianter Kuriosa: EPO-doping Används som behandling av anemi (blodbrist) till följd av njursvikt (eller t.ex. cancerbehandling) 7

8 Epoeitin alfa (Epogen/Prokrit) Baserat på humana EPO sekvensen 165 aa (3 glykosyleringar), 30 kda Producerat i CHO celler (härstammar från hamster) Kort halveringstid (ca 8 h) Tre doser / vecka Biosimilars Darbepoetin (Aranesp) Hyperglykosylerat 5 glykosyleringar, 37 kda Längre halveringstid (25 h) En dos / vecka Epoeitin delta (Dynepo) Baserat på humana EPO sekvensen.. MEN även producerat i humana celler Humant glykosyleringsmönster, lägre immunogenicitet? Fortfarande kort halveringstid, tre doser / vecka Försäljning upphört methoxy polyethylene glycol-epoetin beta (Mircera) PEGylerat EPO 30 kda PEG konjugerat till lysin Total molekylvikt på 60 kda Mycket längre halveringstid 130 h En dos / månad 8

9 PEGylation Veronese FM

10 Monoklonala antikroppar Antikroppar som läkemedel Targeting variabla regioner Stabilitet och effektor funktioner Fc regionen Framställs traditionells genom immunicering av möss Immunogenicitet Mouse antibody Chimeric Humanized (CDR graft) Fab Fully human Arthritis Research & Therapy, 2009, 11, 225 Exempel 2. TNF blockerare Tumour necrosis factor (TNF) är en proinflammatorisk protein (s.k. cytokin) som verkar genom att binda till TNF receptorn Involverad in många inflammatoriska och autoimmuna sjukdomar T.ex. Reumatoid Artrit (RA): ledgångsreumatism (kronisk inflammation i leder) Anti-TNF behandling med proteinläkemedel sedan 1998 Antikroppar och antikroppsderiverade molekyler 10

11 Infliximab (Remicade) Chimär IgG1 monoklonal antikropp Humana konstanta (70%) och mus variabla regioner (30%) Producerat i mouse myeloma cells (SP2/0) Dosering: 3 mg/kg i.v. infusion var 6-8 vecka Adalimumab (Humira) Helt human IgG1 monoklonal antikropp Phage display (Cambridge Antibody Technology) Producerat i CHO celler Dosering: 40 mg s.c. / 2 veckor Golimumab (Simponi) Helt human IgG1 monoklonal antikropp HuMAb-Mouse (Medarex) Dosering: 50 mg s.c. / 1 månad Etanercept (Enbrel) Fusionsprotein av extracellulära delen av TNF receptorn (p75) och Fc delen av humant IgG1. Producerat i CHO celler Dosering: 50 mg s.c. / 1 vecka Certolizumab pegol (Cimzia) Humaniserad antikropps Fab' fragment, konjugerad med ca 40kDa PEG Light chain: 214 aa; Heavy chain: 229 aa; ca 91 kda Fab' fragmentet produceras i E. coli för att sedan renas och konjugeras Dosering: 400 mg s.c. / 4 veckor 11

12 D. Tracey et al. / Pharmacology & Therapeutics 117 (2008) D. Tracey et al. / Pharmacology & Therapeutics 117 (2008)

13 Sammanfattning Tillverkningskostnad E.coli produktion (Certolizumab pegol) Immunogenicitet Human antikropp (Adalimumab) Produktion i humancell (Epoetin delta) Dosering och farmakokinetik EPO normal dosering 3 injektioner / vecka Hyperglykosylerat: 1 dos /vecka; PEGylerat: 1 dos /månad Anti-TNF Golimumab: subkutan injektion, 1 gång / månad Convenience En subkutan injektion som kan administreras av patienten själv (t.ex. 1 gång / månad) med en förfylld spruta som förvaras i rumstemperatur och som är anpassad för en person med reumatism 13