Gyógyszerkutatási stratégiák

Tihanyi KárolyRichter Gedeon RT

Farmakológiai és Gyógyszerbiztonsági Kutatási Főosztály

•A gyógyszerkutatás- fejlesztés a

legkomplexebb emberi tevékenység

•A GYÓGYSZERIPARI K+F MAI HELYZETE

•Több ráfordítás, kevesebb haszon a

kutatásban

•Egy átlagos gyógyszer fejlesztési ktsg-e ma kb 800 M USD

•10 % preklinika, 90 % klinika + marketing

•„Fast Kill” stratégia

The Year’s New Drugs• …, 33 new chemical entities and

biological drugs, and two diagnostic agents reached their first markets in 2002, the lowest number of new products ever in the history…

• There has been …line extensions..47 applications were approved for new dosage forms or new formulations of drugs already on the market, nearly twice the number approved by the FDA in 2001.

• Drug News Perspect 2003, 16, 22

The Year’s New Drugs

…30 new chemical entities and biological drugs and two diagnostic agents reached their first markets in 2003, another record low..following a growing tendency new formulations, new indications and/or new combinations of previously marketed products represented a significant percentage of the products…

• Drug News Perspect 2004, 17, 43

Változik-e a sikertelenség oka?

7.000 new products in R+D, the highest ever (Scrip May 16th 2003:25 )

PIII trials 2002 404 2003 389

FDA approved new drugs1996 532002 17

A kudarcok lehetséges okai???

•Kevés új, validált célpont van

•Gyógyszerbiztonsági szempontok

• Cox2, STATINOK, MEGAVITAMINOK, FENFLURAMIN,

stb.

“..., the incidence of serious and fatal adverse drug reactions has been found to be extremely high among hospitalized patients and causes over 100 000 deaths per year in the USA, making it between the fourth and

sixth leading cause of death in 1994."

ADR = 6.7% = 2.216.000 patients

Fatal ADR = 0.32% = 106.000 patients

Why Do Lead Candidates Fail?

Toxicity22%

Market factors

6%

Poor ADME

Properties41%

Lack of Efficacy

31%

(Source: Steven Bodovitz, Select Biosciences)

The major cause of failure of NCE’s in Development (39%) is inappropriate DMPK (ADME)Br. J. Clin. Pharmac. 25, 387 (1988)

„..poor ADME and toxicity results together accounted for the failure of approximately 60% of NCEs in clinical development.”Drug Discovery Today, 2, 436-444 (1997)

•STRATÉGIAI MEGKÖZELÍTÉSEK

Néhány lehetséges stratégia

• 1 HTS 2. High-tech

3.Mechanizmus alapú

4. Kis kockázatúak: fast follower, me too,

DDS, kombó

• Three-dimensional structure of human cytomegalovirus proteaseHuey-Sheng Shieh, Ravi G. Kurumbail, Anna M. Stevens, Roderick A. Stegeman, Eric J. Sturman, Jina Y. Pak, Arthur J. Wittwer, Mark O. Palmier, Roger C. Wiegand, Barry C. Holwerda, William C. StallingsNature 383, 279 - 282 (19 Sep 1996)

• Unique fold and active site in cytomegalovirus proteaseXiayang Qiu, Jeffrey S. Culp, Anthony G. DiLella, Brian Hellmig, Susan S. Hoog, Cheryl A. Janson, Ward W. Smith, Sherin S. Abdel-MeguidNature 383, 275 - 279 (19 Sep 1996)

• Three-dimensional structure of human cytomegalovirus proteaseHuey-Sheng Shieh, Ravi G. Kurumbail, Anna M. Stevens, Roderick A. Stegeman, Eric J. Sturman, Jina Y. Pak, Arthur J. Wittwer, Mark O. Palmier, Roger C. Wiegand, Barry C. Holwerda, William C. StallingsNature 383, 279-282 (19 Sep 1996)

Általános fázisok az orig kutatásban

• Exploráció• Preprojekt • Projekt I• Projekt II• GXP• FI• FII• FIII• TK

Gyakori fogalmak a gyógyszerkutatásban

• Screen, HTS, hit, lead, optimisation, unmet medical need, unmet market need, drugability criteria, druglike compound, CADD, SAR, POC, TI, safety margin, FIM, NDA, ANDA, pharmakofor, NOAEL, NOEL, target validation, etc.

•A CÉLPONT KIVÁLASZTÁSA

A kutatás eredményességét alapvetően az alábbiak

meghatározzák

• Mit kutatunk– A siker lehetősége a témaválasztásnál eldől

• Hogyan kutatunkFelépített szervezeti keretek, működési elvek, rigiditás-

flexibilitás restriktiv-megengedő, rendezett-áttekinthetetlen, gördülő-

akadozó szkrínrendszer, motiváló-demotiváló, stb.

A rosszul választott témát is lehet jól művelni !!!

• Generikus• Originális

– Unmet medical need– Unmet market needKockázati szintek

ismeretlen target (fiziol.pathol. Szerep, „druggable”?)

ismert target, u.a. mechanizmus – rentábilis?

• Kutatási „niche” területek

– Biotechnológia– Supplementációs terápia – Biol.információ terápia– Gén „knock in, down, triplex, oligo,

stb, terápiák.– Minor indikációs területek

Lehetséges új targetek a farmakológiában

• Kinázok• Proteázok• Nukleáris receptorok

(transzkripciós faktorok)• Nukleinsavak• Egyéb enzimek

Molekuláris célpontok (483 gyógyszer)

• GPCR 217• Enzimek 135• Hormonok és faktorok 53• Ismeretlen mechanizmus 34• Ion csatornák 24• Nukleáris receptorok 10• DNS 10

•Gyógyszereink több mint 70%-a GPCR-eken keresztül hat

(leszámítva az antibiotikumokat és a szupplementációs gyógyszereket)

Human Genom Organisation

CELERA„…knowledge of the human genome

sequence….will result in drugs being made more easily.”

DDT Editorial, 9, 727 (2004)

Legtöbb lehetséges új target:– GPCR– Kináz– Nukleáris receptor, transzkripciós faktor

területen lesz fellelhető

Megcélozható GPCR-ek

• 35 000 humán gén• 750-800 GPCR• Kb 400 szenzoros receptor• Kb 400 potenciális farma target

– Kb 30 receptor már ismert gyógyszerek targetje

– 210 GPCR természetes ligandja azonosított

– 160 orphan receptor

Kinázok összessége a genomban = kinom

518 kinase a kinomban 20.000 foszforilációs hely

RTK és intermedier anyagcsere kaszkádok kinázaiGleevec, Iressa, Herceptin malignus, szűk indikációk

Nukleáris receptorok = transzkripciós faktorok

• A genom szerveződése, működése meglepő

„…protein and DNA regulators manage gene expression in a combinatorial fashion.”

• Tragetelésük alapvető problémáia transzkripciós faktorok promiszkuitásaa pleiotrop válasz

Target-based drug discovery: is something

wrong?• A gyógyszerkutatásban az utóbbi

évtizedben a produktivitás folyamatos hanyatlása tapasztalható. A meglepő az, hogy a hanyatlás egybeesik a target-based kutatás bevezetésével…

• … a target validáció komplex feladat és nagy bizonytalanságot hordoz magában.

• „ For the past decade the pharma industry has experienced a steady decline in

productivity and a striking observation is that the decline coincided with the introduction of target-based drug discovery. …..

….target validation is complex and associated with high degree of uncertainity.”

Drug Discovery Today vol 10, pp139-147, (2005)

Target validálás-reverz farmakológia

• Ligand-orphan GPCR pairings identified using reverse pharmacology strategy

• ORL-1 nociceptin/Orphanin FQ• Orexin-1 and 2 orexin-A and B• GPR10 prolactin releasing peptide• GPR14 urotensin II• HG57 LTD4• GPRv53 (H4R) Histamine• P2Y12 ADP

Microarray approaches in target validation

• Skizofréniás betegek entorhinális kérgéből izolált idegsejtekben az mRNS-ek a gének 14 %-ának fokozott expresszióját mutatták, míg 9%-uk leszabályozódott egy 18 000 gént tartalmazó chipen, a megfelelő egészséges kontrollokkal szemben….

• Egyik mRNS alcsoportban 292 ismert funkciójú GPRC illetve 192 szignál transzduktor expressziója változott meg..

• A D1,D2, D4 és D5 receptorok viszont változatlan szinten expresszálódtak

• ..over 18 000 gene mRNAs in single neurons isolated from the entorhinal cortex of schizophrenics were evaluated…., 14 % of these mRNAs were upregulated and 9% were downregulated compared with age-matched controls…

• From a subgroup of mRNAs of known functions 292 receptors and 192 intracellular transducers were different in GPCR signaling.

• No changes were observed in D1,D2,D4 and D5 receptor expression.

• ….” The surprisingly poor success rate of this approach suggests that these assumptions should be questioned.”

DDT Editorial, 9, 727 (2004)

•HATÁSMECHANIZMUS KUTATÁSA GENOMIKAI

MÓDSZEREKKEL

Iontranszportot befolyásoló génexpresszió változások

Glikolízist befolyásoló gének expresszió változása

Apoptózist befolyásoló gének expresszió változása

Apoptózist befolyásoló gének expresszió változása

Respirációt befolyásoló gének expresszió változása

Induktiv és deduktiv farmakológia

• „The industry needs to rediscover the discipline of deductive pharmacology”

Drug Discovery Today vol 9, pp727-729 (2004)

Induktiv megközelités: az alap halmaz problémája

• Psychosis

- - - - -

LT1 LT2 LT3…………LT1423……..LT2129

Target combinations for (92) designed multiple

ligands• AChe MAO• AT ET• D2 5HT3• D2 5HT1A• 5HT3 5HT1A• 5HT3 nAChR• PKC GSK3• SERT 5HT1A

• SERT AChE• SERT NET-

DAT• TxR LTD4• H2 gastrin• COX GR

•MODELLEZÉS

Alapvető egységek a kutatásban

A molekula affinitása a targethez A molekula

jelenléte a szervezetben az idő függvényében

Nemkívánt hatásai

Farmakológia

Farmakokinetika

Toxikológia

•Megbízható markerek, modellek és jóslatok kellenek

• In silico modellek• In vitro modellek• In vivo modellek

In vitro approaches..

• Reporting (troponin → myocardial dam, inhibin B → testicular

dam.)

• Predicting (PPAR → fatty liver AhR → carcinogenicity)

• Modeling (intestinal absorption, to gain quantitative data)

Az in vitro megközelítések…

• Olcsóak• Nagy kapacitásúak,• Alkalmasak analízisre és

oknyomozásra• Jó esetben prediktivek• Humán szöveten/enzimen/receptoron

végezhetők

In vitro farmakológia

• Mai gyógyszerkincsünk több mint 70%-a receptorokon hat

A receptorok jelfogók → a gyógyszerek pedig (hamis) jelek

A jelnek jelzés értéke van és amplifikálódnia kell

Receptorológia kezdete

• Ehrlich, 1887

• Corpora non agunt nisi fixata

• Ami nem kötődik, annak nincs hatása

Signal Amplification

• Adrenaline 10-10 mol/l• cAMP 10 -6 mol/l • Glycogen phosphorylase 10 -4 mol/l• Glucose 0.5 x 10 -2 mol/l

A receptorok jó targetek, mert..

• Különösen az aminergek, mert a sejtek felszínén helyezkednek el (biodelivery)

• Kis, vízoldékony molekulákkal célbavehetőek

• Specificitást biztosítanak• Kis mennyiségben szükségesek (jel

amplifikáció)• Sokan vannak (?)

•FARMAKOLÓGIAI MODELLEK

C-AVA hatása diazepammal kiváltott tanulási deficitben

vízlabirintusbanEffect of cis-apovincaminic acid (5 mg/kg p.o. 1 h) on diazepam

(5 mg/kg ip.) induced learning deficit in the water-labyrinth test

Number of errors

Day 1

Num

ber

of e

rror

s

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

trial 1 trial 2 trial 3

Day 2

trial 1 trial 2 trial 3

Day 3

trial 1 trial 2 trial 3

+

+

+

+++

+++++

++

++

+++

&

***

***

***

***

*** ***&

&

control

Diaz/5

c-AVA/5

In vitro farmakokinetika

• Az igazán életképes dolgok „eladják magukat”, azaz generálják az igényt arra, hogy használják őket.

• Az in vitro farmakokinetika olyan mint a mobil telefon, amíg nem volt, nem tudhattuk, hogy mennyire hiányzana, ha nem lenne.

A farmakokinetikai történések

modellezhetősége• Felszívódás• ABC transzporterek• Hepatikus/intesztinális clearance• Gyógyszerinterakciós potenciál• Agyi penetráció• Metabolikus útvonalak• CYP indukció

A toxikológia modellezhetősége

• In vitro toxikológia•Genotox•Toxikogenomika•Proteomika•Metabonomika

Fortune prefers the prepared

mindavagy

csak a jó kapusnak van szerencséje!!!

• Mi a mechanizmushoz kötött toxicitás (példával)

• Milyen ktsg vonzatai vannak a gyógyszerfejlesztésnek?

• Mi az in silico modellezés?• A HUGO direkt haszna a

gyógyszerkutatásban• Milyen a kutatás trendje az utóbbi néhány

évben az eredményességet illetően?