descubrimiento de nuevos fármacos en la universidad...
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Descubrimiento de nuevos fármacos en la Universidad de Valencia
5º curso de biotecnología en la empresa BIOVAL
Rubén Artero Laboratorio de Genómica Traslacional
(1) Departamento de Genética, UV (2) ERI/ISIC Biotecmed
(3) Instituto de Investigación Sanitaria INCLIVA
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593.400 millones de dólares en ventas en 2010 EEUU Suiza Francia Inglaterra Japón Israel Alemania Noruega Italia Australia Bélgica Irlanda Dinamarca Islandia Canadá
Jerry Cacciotti and Patrick Clinton (2012). 12th Annual Pharm Exec50. The lull between two storms. DSM
¿De dónde vienen los medicamentos?
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La participación de España en el mercado farmacéutico es minoritaria
“En cuanto a laboratorios, las cifras de venta en farmacias y de dispensación en hospitales han echado del ranking a los laboratorios españoles. Ni uno aparece en el listado entre los 10 primeros, según IMS”. Diario CincoDias, 2-1-2012.
Juan Aitor Lago Moneo (2012). El gasto farmacéutico en España. EAE Business School
¿Cuál es el gasto farmacéutico de España?
Tipos básicos de tratamientos para las enfermedades genéticas
a.- Terapias farmacológicas. Modificación de una reacción bioquímica normal o
patológica por un agente químico externo. b.- Terapia génica. Persigue corregir genes defectuosos responsables de
enfermedades. Limitaciones • Se pueden corregir las características REVERSIBLES de una enfermedad
genética, • tamaño del cDNA, • respuesta inmunitaria frente al vector vírico, • inactivación insercional de un gen esencial, • direccionamiento a las células diana apropiadas
c.- Terapia celular. Describe el proceso de introducir nuevas células en un tejido
enfermo. d.- Cirugía. ej. Defectos cardiacos congénitos
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La distrofia miotónica tipo 1. Prevalencia de 1/8.000 nacimientos (enfermedad rara). Patrón de herencia autosómico dominante. Multisistémica (miotonía, resistencia insulina, debilidad, arritmias cardiacas…). Esperanza de vida 48-55 años
…la DM es, probablemente, la enfermedad humana más variable en sus síntomas… …afecta de algún modo a virtualmente todos los sistemas del cuerpo… …la DM puede presentarse en cualquier momento durante la vida del individuo…
Gomes-Pereira et al. (2011). Myotonic dystrophy mouse models: towards rational therapy development. Trends in Molecular Medicine 17: 506-517
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La distrofia miotónica tipo 1 Expansión del triplete CTG en 3´UTR de DMPK
Gomes-Pereira et al. (2011). Myotonic dystrophy mouse models: towards rational therapy development. Trends in Molecular Medicine 17: 506-517
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Modelo de mecanismo de patogénesis
Sicot et al. (2011). Myotonic dystrophy, when simple repeats reveal complex pathogenic entities... Human Molecular Genetics 20: R116-R123
2002
MBNL1 (Muscleblind-like)
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Expresión inducible de un RNA CUG no codificante en moscas transgénicas
Garcia Lopez y col. (2008). PLoS ONE 3(2): e1595 8
UAS-(CTG)480
Un modelo de DM1 en Drosophila Expresa 480 repeticiones CUG no codificantes Reproduce alteraciones moleculares fundamentales de la enfermedad sin asunciones mecanísticas
Drosophila genome
Garcia Lopez y col. (2008). PLoS ONE 3(2): e1595 9
2 días
38 días
Degeneración muscular
UAS-(CTG)480
Un modelo de DM1 en Drosophila Expresa 480 repeticiones CUG no codificantes Reproduce alteraciones moleculares fundamentales de la enfermedad sin asunciones mecanísticas
Defectos de splicing
Drosophila genome
Garcia Lopez y col. (2008). PLoS ONE 3(2): e1595 10
Foci ribunucleares
Rescate con
MBNL1
MBNL1 rescata la viabilidad de los embriones mutantes muscleblind
Porcentaje de embriones con el genotipo indicado que eclosionan
mbl E27/mbl E16 +mblA +mblB +mblC +MBNL1
N=1480
N=342
N=402
N=1790
N=451
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Distintas estrategias permiten encontrar nuevos componentes en la ruta de fisiopatología de una enfermedad.
Llamusi et al. (2012). Muscleblind, BSF and TBPH are mislocalized in the muscle sarcomere of a Drosophila…Dis Model Mech 6(1):184-96 Fernandez-Costa et al. (2012). Expanded CTG repeats trigger miRNA alterations in Drosophila that are conserved…Hum Mol Genet 22(4):704-16
Aumento de la autofagia en músculos DM
Swinney, DC y Anthony, J (2011). How were new medicines discovered? Nature Reviews: Drug Discovery 10:507:519 Rask-Andersen, M. y col. (2011). Trends in the exploitation of novel drug targets. Nature Reviews. Drug Discovery 10: 579-590
Estrategias generales en el descubrimiento de fármacos: a.- centrada en dianas terapéuticas. Con ayuda de información estructural (cristalografía
de rayos X, RMN), modelización computacional, screening virtual, ensayo bioquímico. b.- basadas en ensayos fenotípicos. c.- por modificación de un sustrato o sustancia natural. d.- medicinas biológicas (anticuerpos, péptidos naturales, interleukinas, vacunas o enzimas para terapias de
reemplazo, ej. en la enfermedad de POMPE –Myozyme-)
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FASE DE DESCUBRIMIENTO Búsquedas sistemáticas de fármacos
BCR-ABL fusión en leucemia mieloide crónica: Gleevec
http://www.hhmi.org/biointeractive/cancer/gleevec.html
Actualmente se conocen 435 dianas terapéuticas en el genoma humano, sobre las que ejercen efectos moduladores un total de 989 fármacos (www.drugbank.ca)
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Dianas terapéuticas: • Aplica conocimiento químico y molecular para investigar hipótesis moleculares
específicas, por ejemplo encontrar un inhibidor de una determinada interacción molecular mediante screening de alto rendimiento de pequeñas moléculas.
• PERO: la solución a una determinada hipótesis molecular puede no ser relevante para el mecanismo de patogénesis o puede no proporcionar suficiente índice terapéutico.
Ensayo fenotípico: • No requiere un conocimiento a priori del mecanismo molecular de acción. • Las actividades terapéuticas se pueden trasladar con mayor efectividad a un determinado estado patológico. • PERO: difícil optimización de las propiedades químicas de la molécula al carecer de información sobre su mecanismo de acción. • PERO: menor capacidad de screening in vivo.
Swinney, DC y Anthony, J (2011). How were new medicines discovered? Nature Reviews: Drug Discovery 10:507:519
Swinney, DC y Anthony, J (2011). How were new medicines discovered? Nature Reviews: Drug Discovery 10:507:519
La búsqueda de fármacos basada en ensayos fenotípicos es la que mayor número de nuevos medicamentos ha proporcionado en la última década (1999-2008)…
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…y en enfermedades raras es la única que ha proporcionado nuevos tratamientos farmacológicos.
Rastreo fenotípico de fármacos en Drosophila Es necesario encontrar un fenotipo relevante para DM1, cuantificable y sensibilizado.
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Compuesto Control 0.1% DMSO
Recoger larvas L1 Cruce
28ºC
28ºC
28ºC TL50 – 27.9°C
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El problema de la diversidad química…
Quimioteca pros contras ejemplos Moléculas orgánicas pequeñas (de síntesis)
Alta biodisponibilidad Bajos costes de producción Estabilidad
Baja especificidad Prestwick Greenpharma Life Chemicals IUCT
Péptidos (D o L aa) Alta especificidad Baja biodisponibilidad Estabilidad in vivo Altos costes de producción
Quimioteca combinatoria de hexapéptidos en formato de escaneo posicional
Extractos naturales (distintos orígenes: organismos marinos, terrestres, microorganismos)
Selección evolutiva
Aislamiento de principio activo Coste de producción puede ser alto
Biomar Natural Products Repository (USA)
Garcia Lopez y col. (2008). PLoS ONE 3(2): e1595
18 Garcia-Lopez, A. et al (2008). Genetic and chemical modifiers of a CUG toxicity model in Drosophila. PLoS ONE 3: e1595
400 compuestos de la Prestwick chemical library
“Even with my years of experience with flies I am still amazed that if we feed fruit flies with a “bad” high-sugar diet (bananas), they develop diabetes, just like we do” Ross Cagan. Mount Sinai Hospital, New York
Parámetros farmacológicos críticos para el desarrollo de un medicamento tales como la Absorción, Distribución, Metabolismo, Excreción y Toxicidad (ADMETox) se ensayan in vivo simultáneamente con la actividad deseada.
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Deconvolución de quimioteca combinatoria de hexapéptidos
Enrique Pérez Paya (CIPF) http://www.cipf.es/RESEARCH/group.aspx?id=30
abp1 mejora la viabilidad de moscas modelo y la degeneración muscular de forma dependiente de dosis
Mhc
>UA
S(C
TG)4
80
DMSO 62.5 µM 125 µM 250 µM 500 µM
Expresión endógena mediante un transgen
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Abp1 reduce el número de foci nucleares y libera MBNL1 Mejora alteraciones histológicas y de splicing en ratones DM1
UAS
A. Expresión de (CTG)480 B. Unión de Mbl a CUG CTG CTG CTG CTG CTG CTG CTG CTG
A1
A2
C U G
G U C
Mbl
MEN SA JERO
Mbl
C. Evita la formación de la horquilla
C U G C U G C U G C U G C U G
C U G
G U C
C U G
G U C
D. Otros efectos
MEN SA JERO
MEN SA JERO
patrón de splicing adulto
Hipótesis sobre el mecanismo de acción
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Poca intensidad de fluorescencia Alta intensidad de fluorescencia
…CUGCU2APCUGCUGCUG…
Mecanismo de acción de abp1
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Dos problemas habituales en la transferencia tecnológica: “el valle de la muerte” y “morir de éxito”.
The technology transfer gap has always been with us, but in drug discovery it has widened to form a valley of death between the traditional finishing point of research supported by an academic grant, and the sort of programs industry is interested in licensing or venture capitalists are prepared to back through a startup
Investigación académica
Desarrollo industrial (biotechs o big pharma)
patente
Investigación académica
publicación
publicación
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Biotechs “pequeñas” (2-3 m€ en España; 20-30 m$ en EEUU)
Big Pharma http://es.scribd.com/doc/92035251/Guia-de-Desarrollos-Preclinicos
Labs académicos
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Del rastreo artesanal a la plataforma de screening in vivo de Valentia BioPharma…
UAS reportero *
reportero STOP
reportero
“moscas enfermas” (co-expresando expansiones CTG)
“moscas sanas” (sin co-expresar CTGs)
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
1.400.000
sanas
enfermas
enfermas + muscleblind humano
Esto es lo “máximo” que se le puede pedir a un fármaco
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VLT001 (ABP1)
VLT004
VLT002
VLT014
VLT017 VLT015
VLT016
VLT003
+ + + + + +
+ + + - + n.d + + + n.d + n.d + + + - + n.d + + - - + n.d + + - - + n.d + + ~ n.d. - n.d
VLT022 VLT023 VLT024 VLT025
VLT026 + -
+ - + -
- +
+ +
Investigación: descubrimiento Desarrollo Exploratorio (primarios) Hit to lead (secundarios) ADME-tox
Screening Líneas celulares Drosophila Ratón no reg. reg.
3 DS 8 puntos Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo1 Ensayo 2 Tox Efic.
+ + - + -
Pipeline: Valentia BioPharma
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FASE PRECLINICA Realizada exclusivamente en animales de experimentación y modelos celulares El objetivo principal es anticipar la ausencia de efectos tóxicos en humanos
Farmacocinética (cuerpodroga): el destino de los fármacos administrados (mecanismo de adsorción o distribución por el organismo). Farmacodinámica: (drogacuerpo) efectos bioquímicos o fisiológicos de la droga sobre el organismo (mecanismo de acción).
Los estudios preclínicos que den soporte a la aprobación de ensayos clínicos han de realizarse en laboratorios acreditados GLP (Good Laboratory Practice). Ej. CRO (Contract Research Organizations): -Vivotecnia -Charles River Laboratories
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FASES CLINICAS
• Fase I. Primera administración en voluntarios sanos (20-100). Objetivo es detectar signos de toxicidad. 6 meses-1 año.
• Fase II. Primera administración a pacientes. Grupo relativamente homogéneo (100-200) en dos grupos (fármaco vs control –mejor medicamento en el mercado o placebo-). 2-3 años.
• Fase III. Multicéntrico y un grupo heterogéneo de pacientes para delimitar con exactitud los perfiles de seguridad y eficacia del fármaco. 3-5 años.
• Fase IV (o farmacovigilancia). Seguimiento del fármaco una vez comercializado.
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El desarrollo de un fármaco es un proceso muy caro… y muy difícil de cuantificar…
•Tufts Center for the study of Drug Development (http://csdd.tufts.edu/): 1.000 m$
•Light and Warburton (2011). Demythologizing the high costs of pharmaceutical research. BioSocieties. 75 m$ de media
Compañía . Gloucester Pharmaceuticals; Start up en Cambridge (Massachusetts) 15 empleados
Inversión . 101 M$ (2003 - 2009)
Logro . Aprobación de la FDA de Istodax® para el tratamiento de linfoma cutáneo de Células T
Venta a Celgene. 640 M$
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Desarrollo de biomarcadores de la enfermedad • Muchas enfermedades genéticas raras son degenerativas, de curso lento,
y/o afectan a tejidos y órganos poco accesibles a la toma de muestras. • La disponibilidad de un biomarcador molecular puede ser esencial para diseñar y
evaluar el potencial de un determinado fármaco experimental durante pruebas clínicas en estos casos.
• Por biomarcador se suele entender una molécula presente en la sangre cuya concentración refleja la gravedad o la presencia de un determinado estado patológico (ej. antes de la manifestación de síntomas clínicos).
• Recientemente se ha descubierto que los miRNAs circulan en sangre y se han podido asociar cambios en su expresión con estados patológicos.
Cacchiarelli et al (2011). microRNAs as serum biomarkers for Duchenne muscular dystrophy. EMBO Molecular Medicine 3:258-265
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Siendo la DM una enfermedad de evolución lenta ¿cómo evaluar si un fármaco es efectivo en un ensayo clínico?
• Se han sugerido tres medidas: miotonia, ECG, FVC (prueba funcional respiratoria).
• Desarrollando miRNAs séricos como biomarcadores de la enfermedad • Inicialmente en ratones modelo de DM1 • En suero sanguíneo de pacientes
Dr. Adolfo López de Munain. Hospital Donostia Valentia BioPharma
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Nuevos modelos para descubrimiento de fármacos Atrofia Muscular Espinal: Degeneración progresiva de motoneuronas en la médula espinal. Prevalencia de 1/6.000 nacimientos. 1/40 portadores de mutaciones en SMN1. Autosómica recesiva. En sus formas más graves esperanza de vida < 2 años.
Imlach et al (2012). SMN is required for sensory-motor circuit function in Drosophila. Cell 151: 427-439
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Nuevos modelos para descubrimiento de fármacos y conceptos terapéuticos
• Los inhibidores de miR-33a Aumentan el flujo de colesterol a apoA1 en hepatocitos (donde ocurre biogénesis de HDL) y macrófagos (responsables de placas arterioescleróticas)
• Aumentan el HDL circulante un 25-50% • Mirna Therapeutics • miRagenTherapeutics • Regulus Therapeutics
Un aumento en la heterodimerización de ErbB2-EGFR causa cáncer de mama
Steffy et al (2011). Perspectives in microRNA therapeutics. Pharmaceutical Technology. Supplement to the May issue.
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Tecnologías antisentido: “Blockers” (morfolinos, LNA, 2´-OMe)
Wheeler et al. (2009). Reversal of RNA dominance by displacement of protein sequestered on triplet repeat RNA. Science 325: 336-339. Kole et al. (2012). RNA therapeutics: beyond RNA interference and antisense oligonucleotides. Nature Reviews Drug Discovery 11: 125-140.
• Existencia de transcritos normales con repeticiones “CUG”. •La administración de este tipo moléculas está todavía en desarrollo.
*
MBNL1
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Estando el cambio climático avalado por evidencia científica (www.nature.com/nclimate/), somos los científicos los primeros que debemos asumir el coste de compensar las emisiones de CO2 asociadas a la investigación a través de proyectos de reforestación.
Dra. Lidón Monferrer Sales Dra. Beatriz Llamusí Dra. Amparo García López Ldo. Juan Manuel Fernández Equipo VLT BioPharma Grupo de química de péptidos de Enrique Pérez Paya, CIPF Manuel Pérez Alonso