Läkemedelsutveckling Fredrik Hieronymus

Introduktion Läkemedelsutveckling Att utveckla ett läkemedel Syntes av olika vetenskapliga discipliner Samspel mellan privat industri, offentligt finansierad grundforskning och regulatoriska myndigheter. Att utveckla ett läkemedel Säkerhet Effektivitet Lönsamhet

Introduktion II Preklinisk fas Klinisk fas Identifiering av farmakologiskt target Validera att modulering av biologiskt target faktiskt åstadkommer den förändring man hoppas frambringa. Identifiering & optimering av kandidatsubstanser Utvärdering i djurmodeller Tillstånd för prövning i människa Klinisk fas Utvärdering i människa Registrering Utökad uppföljning i människa

Historia Sedan urminnes tider Trial-and-error Örter, animaliska produkter, mineraler Modern liknelse: stora och ostrukturerade kliniska studier utan riktning samt med tveksam etik och uppföljning som undersöker naturligt förekommande substanser i dess naturliga form.

Historia II Reduktionism och kemisk raffinering Det kanske inte är hela plantan/djuret/bergarten som är intressant? Reningsprocesser som exempelvis destillering innebär att koncentrationen av en viss substans kan ökas. Olika medicinalberedningar (lotion, salvor, krämer) såväl som kompresser och ockulderande förband kan påverkahur väl ett topikalt läkemedel upptas av kroppen.

Historia III Skepticism och vetenskaplig metod Deskriptiv & inferentiell statistik Motverka ”magiskt tänkande”: Om orsak-verkan är uppenbar (e.g., alkohol ger berusning, curare förlamar) behövs sällan kontrollerade studier. När orsakssambanden inte är lika direkta tenderar vi dock att dra felaktiga slutsatser (e.g., endokannibalism hos Forefolket ger livshotande sjukdom 5-20år senare). Förståelse för placeboeffekten (1950-talet).

Historia IV Industrialisering och regelverk Industrialisering Tekniska hjälpmedel, massproduktion Informationsteknologi Centralisering av kompetens Utökad vetenskaplig kunskap Informationsteknologi möjliggör lagring och bearbetning av datamängder som tidigare var omöjliga att hantera. Åtstramade regelverk (Thalidomid 1962, TGN1412 2006, djurrätt). Industrialiseringens direkta effekter såsom möjlighet till massproduktion av teknologisk utrustning förändrar landskapet för läkemedelsutveckling. Även dess indirekta effekter (e.g., centralisering av kompetens) påverkar stort.

Läkemedelsutveckling idag

Läkemedelsutveckling Två vägar Strukturerat utvecklingsarbete Serendipitet

Serendipitet Vanligare förr i tiden (etikkommitéer var inte legio och enskilda läkare kunde, mer eller mindre, beordra en klinisk prövning). Om patologisk förståelse saknas är serendipitet enda vägen framåt. Penningbrist på sjukhuset där Kuhn arbetade ledde till att läkemedelsbolaget Geigy tillfrågades om de händelsevis hade några nya oprövade ”antipsykotiska” droger i lager. Han fick en nysyntetiserad släkting till klorpromazin, då kallad G22355, numera imipramin. För övrigt tämligen värdelöst som antipsykotika. Roland Kuhn 1912 - 2005

Serendipitet II Disulfiram (1800tal, vulkanisera gummi) Isoniazid & iproniazid (1871 -> 1953) Bensylpenicillin (1928 -> 1941) Lidokain (1937 -> 1943) Imipramin (1957, tänkt antipsykotikum) Sildenafil (1996, ursprungligen hypertension och angina)

Serendipitet III Väsentligen ett tvärt-om förfarande: Vi vet att läkemedlet fungerar, däremot vet vi inte hur det fungerar. Vi vet fortfarande inte hur en mängd vanliga lm agerar: E.g., generell anestesi, litium vid mani. Paracetamol fortfarande något oklar verkningsmekanism

Strukturerad utveckling Upptäcktsfas Utvecklingsfas Preklinisk fas Visa att en substans (NME), högst troligen är en säker och effektiv behandling i människa. Toxicitet/farmakokinetik/beredningsform Klinisk fas Säkerställa att en substans är säker och effektiv i människa. Effektivitet/bieffekter

Upptäcktsfas / preklinik Targets Leads Candidate drug

Target Ett target är en molekyl (t.ex. DNA, RNA, protein, protein-protein-interaktion, kolhydrat) i kroppen som är involverad i sjukdom och som vi kan påverka med exogena substanser.

Targets idag Idag nästan uteslutande funktionella proteiner Receptorer Enzymer Jonkanaler Transportörer Small-molecule drugs

Target Target finding Target validation Identifiera nya targets, oftast proteiner, där påverkan kan hindra eller minska progressen av sjukdom. Target validation Säkerställ att påverkan på ens target faktiskt ger önskvärd effekt.

Target finding –korrelationsmetoder Kan användas i människa Genomik: RNA-uttryck Proteomik: proteinuttryck Genetisk association Gener kopplade till sjukdom Problem: Korrelation ≠ kausalitet Genomik: RNA-nivåer mäts. Dessvärre korrelerar inte alltid detta bra med faktiskt proteinuttryck. Proteomik: Proteinuttryck mäts. Finns inget amplifikationssteg för protein (ingen protein-PCR). Vidare är många proteiner svåra att separera med tvådimensionella geler (t.ex. membranbundna proteiner). Genetisk association: Kandidatgener (något man tror är av intresse) eller GWAS (genome wide assocation study) Kandidatgener -> Funktionella SNP:ar Problem: Linkage disequilibrium (större sannolikhet att närliggande gener ärvs tillsammans, därmed inte säkert att det är effekterna av den specifika SNP:en man faktiskt märker. Korrelativ data: Orsak eller konsekvens av fenotypen/sjukdomen?

Target finding - reverse genetics Knocka specifika gener i modellorganismer och studera fenotypen. Problem: Letala knockouts Kompensatoriska mekanismer under utveckling.

Target finding - forward genetics Inducera slumpvisa förändringar i genomet, hitta en intressant fenotyp och finn den/de specifika genändringar som driver fenotypen. Biologisk/kemisk/djurmodeller På något sätt störa den normala funktionen i systemet, notera vilken fenotyp som produceras och analysera exakt vilken genetisk förändring som har lett den nya fenotypen. Biologisk -> använd cDNA från t.ex. sjuk vävnad och ge överexpression av vissa gener (gain-of-function) Kemisk forward genetics -> ger lead compound Djurmodeller- > mutagenes t.ex. med etylnitrourea och breeding

Target validation Säkerställa att en manipulation av ens target också ger en funktionell förändring. Viktig fas då det inte är ovanligt att en förändring i ett system leder till en kompensatorisk förändring i ett sammanlänkat system. Säker validering kan endast ske i humanstudier. (e.g., att inhibition av ett enzym viktigt för syntes av ett visst ämne de facto ger en koncentrationsminskning av detta ämne).

Target validation Öka/minska transkription Minska translation PNA/LNA Minska translation siRNA/antisense-RNA Överexpression av funktionell version av samma protein Överexpression av dysfunktionell version av samma protein. Dominant negative-protein från plasmider eller virala vektorer. Blockera/stimulera proteinfunktion med antikroppar/aptamerer. Dominant negativ kan t.ex. vara en enzymvariant som kan binda substratet men som saknar katalytisk aktivitet alt. en transkriptionsfaktor som kan binda till substratet men inte till DNA.

Target identification/validation

Genomik och target-discovery Hur många potentiella drog-targets finns? “Druggable targets”? Small-molecule drugs.

Genomik och target-discovery II

Genomik och target-discovery III Small-molecule drugs Av 399 mycket lovande targets finns endast läkemedel som verkar på 120 av dem. (Hopkins 2002). 3-4 läkemedel mot nya targets introduceras per år. Utöver small-molecule drugs Protein-protein interaktioner Genterapi (insertion av frisk gen, blockera promotor/inhibitor, antisense-RNA) Antalet potentiellt behandlingsbara targets sannolikt många fler än antalet gener. Fler targets än gener? Ja, jag är optimist: - Alternativ splicing. Blockera eller understödja specifika protein-proteininteraktioner istället för att helt blockera ett visst protein Agonisera eller antagonisera flera olika receptorer i varierande grad istället för en specifik (e.g., clozapin, klorpromazin) - Flera bindningsställen, såväl agonister, antagonister, partiella agonister, inversa agonister som allostera modulatorer kan vara användbara. Promotorer och non-coding DNA-regioner. mRNA-nivå, protieinnivå, DNA-nivå.

Leads Lead-identification Lead-optimization Identifiera en substans som uppvisar effekt på ens avsedda target (hit / lead). Lead-optimization Optimera kandidatsubstansen så att dess positiva egenskaper renodlas (e.g., ökad affinitet) och dess negativa egenskaper minimeras.

Lead finding Substansbibliotek Naturligt förekommande substanser Ofta svårtillgängliga. Ofta stora och komplicerade molekyler. Svåra att syntetisera och modifiera vilket försvårar lead-optimization. Kroppsegna substanser Preparat som är enkla att syntetisera Click chemistry, stora familjer av närbesläktade substanser. Andra företags läkemedel/droger Kombinatoriell kemi och kvantitet över kvalité. Ofta svårtillgängliga. Svårt att få tillräcklig mängd av det specifika algtoxin man / getnjuresprotein man är intresserad av. Kombinatoriell kemi och kvantitet över kvalité vanligare på senare tid: Förr i tiden arbetade man mycket mer efter specifika hypoteser om hur en viss drog borde se ut för att fungera. Med bättre labteknologier för syntes och testning är det inte lika dyrt att testa flera substanser varför man gått över till en mer kvantitativt gynnsam strategi.

Lead finding Mass-screening Assay-system HTS/UHTS: Gärna med optisk read-out HTS/UHTS: Robotiserat screeningsystem som automatiskt testar substansbiblioteket mot en specifik assay. Kan testa mellan 104-105 lead/target-kombinationer per dag.

HTS/UHTS Assayplattor Dispenser Avläsare

Lead finding Kombinatoriell kemi och (ffa) HTS/UHTS gör att: Lead-finding går fortare (nu månader, tidigare år) men Fler träffar än tidigare är ogynnsamma: För tunga, för polära, innehåller kända toxiska grupper. Strukturbaserad modellering, virtuell screening och prediktiv ADME kan minska mängden ogynnsamma träffar.

Leads – ’non-druggable’ targets Fomivirsen (1998) CMV-retinit Antisense 5'-GCG TTT GCT CTT CTT CTT GCG-3’ Mipomersen (2013) Kolesterolreduktion

Lead-optimization Säkerhetsfarmakologi: Preliminär toxikologi: Säkerställ att drogen inte producerar några uppenbart farliga akuta effekter t.ex. bronkokonstriktion eller arytmi. Preliminär toxikologi: Uteslut genotoxicitet Finn maximal icke-toxisk dos (vanligtvis 4v behandling i minst 2 species) Histologisk och biokemisk undersökning post-mortem av behandlade djur för att utesluta vävnadsskada.

Lead-optimization Öka specificitet/selektivitet/potens E.g., kraftig effekt eftersöks på kortisonreceptorn men inte på närbesläktade receptorer. Undersök/förbättra ADME i djurmodeller: ~40% av alla leads faller bort p.g.a. bristfällig ADME- profil. Kemisk och farmaceutisk utveckling: Säkerställ att det är möjligt att syntetisera drogen i stor skala. Att drogen är stabil och att det går att utveckla en beredning passande för kliniska studier. Närbesläktade receptore e.g., aldosteron, progesteron.

Lead-optimization 1/5 leads blir candidate drugs, de som faller bort har vanligen: Visats ha ogynnsamma egenskaper som inte kan modifieras bort. Inte kunnat visas ha biologisk effekt. Feedbackmekanismer, dålig överensstämmelse mellan screeningmodell och målorganism/djurmodell.

Från preklinisk till klinisk fas I slutet av den prekliniska fasen skickas all tillgänglig information till reglerande myndigheter som tar ställning till huruvida drogen får prövas i människor. Parallellt med den kliniska fasen pågår ofta en utökad preklinisk fas för att undersöka långtidstoxicitet i djurmodeller samt även för att undersöka påverkan på t.ex. fertilitet och fetal utveckling.

Den kliniska fasen

Klinisk fas Endast experiment i människa kan avgöra om en drog är säker och effektiv. Klassiskt uppdelad i fyra faser (numera anges sex faser) Dock är det ibland svårt att dra skarpa gränser mellan fas I/II och II/III. Först påvisa säkerhet, sen bevisa effektivitet. Säkerhet är relativt. E.g., cytostatika.

Fas 0 Utvärdering av kandidatsubstanser n: 10 – 15. Friska frivilliga. Subterapeutiska doser, engångsadministrering. Basal farmakodynamik och farmakokinetik. En fas 0 studie ger ingen konkret information om säkerhet och effektivitet då doserna, definitionsmässigt, är subterapeutiska. Många studier skippar denna fas och går direkt på fas I.

Fas I Initial säkerhetsutvärdering i människa n: 20 – 100. Friska frivilliga (om inte behandlingen misstänks ge allvarliga bieffekter ex. cellgifter). Subterapeutisk dos som successivt ökas. Dose-escalation study Single ascending dose Multiple ascending dose Food effect (crossover studie där samma subjekt intar drogen på fastande resp. fylld mage).

Fas I Undersöka: Potentiellt farliga effekter på: - Kardovaskulära systemet, respiratoriska, lever, njure Tolerabilitet: Producerar drogen otrevliga symtom t.ex. illamående, huvudvärk, nedsatt vakenhet? Farmakokinetik: Absorberas drogen väl? Hur förändras plasmakoncentrationen över tid? Finns det tecken på ackumulering eller icke-linjär kinetik? Mål: finna den dos / det dosområde där läkemedlet säkert kan användas. Fas 1 studier ger sällan information om effektivitet.

Fas II Initial effektivitetsutvärdering i människa (+ säkerhet) n: 100 – 300 (poweranalys) Typ I/typ II fel Patienter, inte friska frivilliga Ofta flertal närliggande indikationer. Oftast RCT. Oftast placebojämförelse. Tidigare bedömd säker dos / säkert dosområde. Vanligt med genetisk testning för att undersöka om det föreligger stora skillnader i metabolism (between-patients). Fas IIA – dose finding study Fas IIB – effektivitetutvärdering Mål: påvisa effekt i patientgruppen och vidare utvärdera bieffektsprofilen / toxicitet.

Fas III Utvidgad effektivitets- & säkerhetsutvärdering n: 300 – 3 000 Patienter, inte friska frivilliga. ”Alltid” RCT. Ofta placebojämförelse, alternativt jämförelse med nuvarande gold-standard. Vanligtvis behövs minst två ”lyckade” RCT:s som visar på effektivitet och säkerhet för godkännande från regulatoriska myndigheter. FDA-riktlinje. Fas III studier kan utökas under pågående registrering (Fas IIIB). Dels leder det till att patienter med kroniska sjukdomar kan fortsätta ta medicinen, om så önskas, samtidigt som det ger företaget möjlighet att samla in ytterligare säkerhetsdata. Mål: Påvisa effektivitet vs placebo, non-inferiority jämfört med nuvarande golden standard samt säkerhet.

Fas IV Post-marketing övervakning Farmakovigilans är obligatoriskt för hälso och sjukvården. Misstänkta biverkningar måste rapporteras. Inleds antingen eftersom (1) regulatoriska myndigheter kräver ytterligare information trots tentativt godkännande eller (2) eftersom företaget tror sig kunna påvisa någon form av konkurrensfördel (e.g., mindre frekvens av en specifik biverkan, utökad evidens för effektivitet i specifika subgrupper [e.g., ålder/komorbida tillstånd/kön/]). Ex: Cerivastatin (Lipobay®), Sibutramil (Reductil®), Rofecoxib (VIOXX®). Indragna p.g.a. bieffekter upptäckta post- godkännande.

Fas V Ny term – ”efficacy i verkligheten” Vilken nytta gör drogen i kliniskt bruk? Indikationer tenderar att vara lätt glidande, den population som undersöks i kliniska studier är relativt väldefinierad och följs noggrant. I den kliniska vardagen är situationen en annan. Farmakoekonomi / kostnad-nytta analyser.

Mycket arbete för få framgångar Endast ~1/150 syntetiserade substanser går vidare från preklinisk till klinisk fas. Av dessa är det ~1/25 som lyckas få godkännande och bli registrerad som läkemedel. Av dessa är det ~1/8 som lyckas ge tillfredställande försäljning och avkastning. Summa summarum, ca 1/30 000 syntetiserade substanser blir försäljningsframgångar.

”Me too” vs first-in-class SSRI för depression i USA Fluoxetine (Eli Lilly) 1987 Sertraline (Pfizer) 1991 Paroxetin (GSK) 1992 Fluvoxamin (Solvay) 1994 Citalopram (Lundbeck) 1998 Escitalopram (Forrest) 2002 De bortglömda kandidaterna Zimelidin (Astra) 1982 Femoxetin, ifoxetin, seproxetin, pirandamine, panuramine etc. etc. Norfloxacin och ciprofloxacin Att ciprofloxacin kom är bra. Bättre tolerabilitet, bättre effect. Att 6-7 olika SSRI-preparat finns på marknaden är mer tveksamt om det är intressant.

Hårt reglerad bransch GLP/GCP Studier måste registreras i förväg Good laboratory practice / good clinical practice GLP: Good laboratory practice: standard för att minimera den mänskliga faktorn och för att säkerställa att data som submitteras till regulatoriska myndigheter är pålitlig.

Framtiden Individualiserad medicin / genscreening för att säkerställa att en specifik patient har ett specifikt target. Väsentligen, inte ge drog till non-responders. Bröstcancer: HER2 (trastuzumab) Östrogenkänslig (tamoxifen). Biofarmaka, droger producerade via bioteknologi och inte konventionell syntetisk kemi ökar i vanlighet. Ca 30% av alla nya produkter som registrar är biologiska läkemedel. Generellt färre problem med toxicitet men svårare att producera och administrera.

Referenser Lindsay, M.A., Target discovery. Nat Rev Drug Discov, 2003. 2(10): p. 831-8. Betz, U.A., How many genomics targets can a portfolio afford? Drug Discov Today, 2005. 10(15): p. 1057-63. Hopkins, A.L. and C.R. Groom, The druggable genome. Nat Rev Drug Discov, 2002. 1(9): p. 727- 30.

Frågor?