Il sistema RANK-‐RANKL-‐OPG: applicazioni terapeu;che
nell'osteoporosi
Iacopo Chiodini
UOC Endocrinologia e Diabetologia Fondazione IRCCS Cà Granda, Milano
Dipar;mento di Scienze Cliniche e di Comunità Università degli Studi di Milano
Rimodellamento osseo e ruolo del sistema RANK-‐RANKL-‐OPG
AGENDA
Ruolo di Denosumab nelle osteoporosi da terapia adiuvante omonale.
Studi Clinici sull’effeMo dell’inibitore di RANKL, Denosumab.
Possibile ruolo di Denosumab nel’osteoporosi da glucocor;coidi.
Controllo farmacologico del sistema RANK-‐RANKL-‐OPG: da; preclinici
IL RIMODELLAMENTO OSSEO
Canalis E, NEJM 2007
Lack of Estrogens increases Bone Turnover
MONTHS
oophorectomy
OHPr/Cr
BGP
BMD
Z-‐SCORE
-‐1 -‐1
0
1
2
3
4
0 1 3
*** * **
6
p<0.05 p<0.02 p<0.005 * * *
* * *
Mazzuoli G. et al., J.Steroid.Biochem.Mol.Biol., 1990
Osteoclasts Are the Cells that Resorb Bone
Osteoclast
Bone surface resorbed by osteoclast
Adapted from: http://www.brsoc.org.uk/gallery/arnett_osteoclast.jpg. Electron micrograph photo reproduced with permission.© Tim Arnett, The Bone Research Society.
RANKL RANK
OPG
Formazione ossea
Adattato da Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-342. Riassorbimento osseo
Osteoclasti attivati
CFU-M Pre-osteoclasti
Osteoclasti multinucleati
In presenza di M-CSF
Osteoblasti
RANK-RANKL-OPG E CONTROLLO DELL’OSTEOCLASTOGENESI
CFU-M= unità formante colonie macrofagiche M-CSF= fattore stimolante le colonie macrofagiche
Ormoni Fattori di crescita
Citochine
Activated Osteoclasts
RANK Ligand
Osteoclast Precursors
RANK Ligand RANK OPG
Decreased Oestrogen
OPG
RANK
Decreased Oestrogen Increases
RANK Ligand
Expression
Differentiated Osteoclasts
Osteoblasts
Excess RANK Ligand
Expression Overwhelms
OPG
RANK
Osteoblasts
Imbalanced Resorption and Formation
Reduction in Oestrogen Increases RANK Ligand Expression, Causing Increased Bone Resorption
Increased RANK Ligand in Postmenopausal Women Leads to
Excessive Bone Resorption
RANK Ligand is an Essential Mediator for Osteoclast Formation,
Function and Survival
OPG: osteoprotegerin Boyle WJ, et al. Nature 2003;423:337-342. Eghbali-Fatourechi G, et al. J Clin Invest 2003;111:1221-1230.
UPREGULATION OF RANKL ON BONE MARROW CELLS IS AN IMPORTANT DETERMINANT OF INCREASED BONE RESORPTION INDUCED BY ESTROGEN DEFICIENCY
Eghbali-‐Fatourechi G. et al J Clin Invest 2003
12 pre-‐menopausal women
12 untreated early post-‐menopausal women
12 treated early post-‐menopausal women
L’orchiectomia nel raDo è associata a perdita ossea ed ad aumento delle concentrazioni di RANKL nel midollo osseo (Proell V, Bone 2009)
In topi knock-‐out per il receDore androgenico si ha una perdita ossea associata ad un incremento dei livelli di RANKL (Kawano H, Proc Natl Acad Sci USA 2003)
ANDROGENI E SISTEMA RANK-‐RANKL-‐OPG
Rimodellamento osseo e ruolo del sistema RANK-‐RANKL-‐OPG
AGENDA
Ruolo di Denosumab nelle osteoporosi da terapia adiuvante omonale.
Studi Clinici sull’effeMo dell’inibitore di RANKL, Denosumab.
Possibile ruolo di Denosumab nel’osteoporosi da glucocor;coidi.
Controllo farmacologico del sistema RANK-‐RANKL-‐OPG: da; preclinici
Il ruolo del RANK e del RANK Ligando nella regolazione della densità minerale ossea
Normale
Assenza di RANK Ligando
Assenza di RANK
BMD aumentata Osteoprotegerina
RANK Ligando
RANK
Kong YY et al. Nature 1999; 397: 315–323; Li J et al. Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97: 1566–71
La somministrazione di RANKL corregge l’osteopetrosi
OSTEOCLAST POOR HUMAN OSTEOPETROSIS DUE TO MUTATIONS IN THE GENE ENCODING RANKL
Sobacchi C et al Nat Genet 2007
Denosumab lega il RANK Ligando inibendo la formazione, la funzione e la sopravvivenza degli osteoclasti
RANKL RANK
OPG Denosumab
Formazione ossea Inibizione del riassorbimento osseo
Inibizione della formazione, funzione e sopravvivenza degli osteoclasti
CFU-M Pre- Osteoclasti
Osteoblasti
Ormoni Fattori di crescita
Citochine
Adattato da: Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-342.
In presenza di M-CSF CFU-M= unità formante colonie macrofagiche M-CSF= fattore stimolante le colonie macrofagiche
Sham OVX Dmab Dmab 25 50
0 500
1000 1500 2000 *
* ^
Denosumab increased bone strength in OVX monkeys at both trabecular and cortical sites
Data: Mean ± SE * p < 0.05 vs. OVX-Veh ^ p < 0.05 vs. Sham-Veh Adapted from Ominsky et al. Bone 2011;49:162-173
Fem
ur n
eck
peak
load
(N) Peak Load L3-L4 Vertebral Body
Sham OVX Dmab Dmab 25 50
0
1000
2000
3000
4000 * * ^ ^
Peak
Loa
d [N
]
Peak Load Femoral Neck
RANK-‐RANKL-‐OPG E SISTEMA IMMUNITARIO
In vitro: • RANK e RANKL sono sta\ originariamente iden\fica\ su cellule dendri\che e linfoci\ T • Linfoci\ B maturi esprimono OPG • RANKL interagisce con le an\gen-‐presen\ng cells e OPG è un cos\molatore dei linfoci\ T
In vivo: • l’effeDo immunomodulatore è scarso o assente • Ruolo «di memoria» per altre molecole più importan\ (IL-‐2, CD40L) nel cross-‐talk tra linfoci\ T, linfoci\ B e cellule dendri\che • I topi knock-‐out per RANKL nascono senza linfonodi ma non hanno una immunodeficienza grave
Dempster DW et al, Clin Ther. 2012 Ferrari-‐Lacraz S, Osteoporos Int 2011
Rimodellamento osseo e ruolo del sistema RANK-‐RANKL-‐OPG
AGENDA
Ruolo di Denosumab nelle osteoporosi da terapia adiuvante omonale.
Studi Clinici sull’effeMo dell’inibitore di RANKL, Denosumab.
Possibile ruolo di Denosumab nel’osteoporosi da glucocor;coidi.
Controllo farmacologico del sistema RANK-‐RANKL-‐OPG: da; preclinici
Proprietà farmacologiche di denosumab
Anticorpo monoclonale completamente umano – isotipo IgG2
Elevata affinità per il RANK Ligando umano
Elevata specificità per il RANK Ligando
– Legame con TNF-α, TNF-β, TRAIL, o CD40L non rilevabile
Ad oggi non è stata osservata la formazione di anticorpi neutralizzanti nel corso degli studi clinici
Ig = immunoglobuline; TNF = fattore di necrosi tumorale; TRAIL = TNF-α–related apoptosis-inducing ligand. Bekker PJ, et al. J Bone Miner Res. 2004;19:1059-1066. Elliott R, et al. Osteoporos Int. 2007;18:S54. Abstract P149. McClung MR, et al. N Engl J Med. 2006;354:821-831. Data on file, Amgen.
Struttura di denosumab
Proprietà farmacocinetiche di denosumab
Somministrato per iniezione sottocutanea Significativa riduzione dei marcatori biochimici del turnover
osseo entro 12-72 ore con effetto prolungato fino a 6 mesi
Emivita media di circa 30 giorni al dosaggio di 1 mg/kg o 60 mg per via sottocutanea
Lo sviluppo clinico di denosumab è stato eseguito con un
dosaggio da 60 mg in regime di somministrazione semestrale
Bekker PJ, et al. J Bone Miner Res. 2004;19:1059. Jang G, et al. J Bone Miner Res. 2006;21(suppl 1):S190. Abstract SA403 and poster. McClung MR, et al. N Engl J Med. 2006;23:821-831. Peterson MC, et al. J Bone Miner Res. 2005;20(suppl 1):S293. Abstract SU446 and poster.
Riduzione del riassorbimento osseo
NTx = N-telopeptide; uNTx = NTx urinario. Adattato da Bekker PJ, et al. J Bone Miner Res. 2004;19:1059-1066.
Placebo (n = 12) Denosumab 0.3 mg/kg (n = 6) Denosumab 1.0 mg/kg (n = 6) Denosumab 3.0 mg/kg (n = 7)
0
–50
50
–100 1 3 5 9 0 2 4 6 7 8
Varia
zion
e pe
rcen
tual
e di
uN
Tx/C
reat
inin
a
(mm
ol B
CE/
mm
ol) (
Med
ia +
SE)
Mesi
Sicurezza e la tollerabilità, gli effetti sul turnover osseo e la farmacocinetica di una dose singola di denosumab in donne sane in postmenopausa.
BSAP = Fosfatasi alcalina ossea Adattato da: Bekker PJ, et al. J Bone Miner Res. 2004;19:1059-1066.
Riduzione della formazione ossea
1 3 5 9 0 2 4 6 7 8
–60
–40
–20
20
40
Mesi
Placebo (n = 12) Denosumab 0.3 mg/kg (n = 6) Denosumab 1.0 mg/kg (n = 6) Denosumab 3.0 mg/kg (n = 7)
Varia
zion
e pe
rcen
tual
e di
BSA
P
(Med
ia +
1 S
E)
0
Sicurezza e la tollerabilità, gli effetti sul turnover osseo e la farmacocinetica di una dose singola di denosumab in donne sane in postmenopausa.
Trattamento continuo, interruzione del trattamento e ripresa del trattamento con denosumab
McClung MR, et al. N Engl J Med. 2006;354:821-831. Lewiecki EM, et al. J Bone Miner Res. 2007;22:1832-1841. Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
6 mg Q3M
14 mg Q3M
14 mg Q6M
60 mg Q6M
100 mg Q6M
210 mg Q6M
Alendronato (in aperto)
30 mg Q3M
Placebo
Ripresa del trattamento
60 mg Q6M
Trattamento continuo 60 mg Q6M
Trattamento interrotto
Trattamento interrotto
48 Mesi 24 Mesi 36 Mesi 12 Mesi
Trattamento
interrotto
Note: Il grafico mostra solo il gruppo trattato con 60 mg Q6M dal basale fino a 48 mesi. CTx = C-telopeptide. Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
Efficacia del trattamento con denosumab sui livelli sierici di CTx e di BSAP a 4 anni
Placebo 60 mg Q6M
CTx sierico BSAP
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Med
iana
ng/
mL
(Q1,
Q3)
Mesi
0
4
8
12
16
20
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Med
iana
µg/
L (Q
1, Q
3)
Mesi
Trattamento continuo a 60 mg Q6M
Trattamento continuo a 60 mg Q6M
Efficacia del trattamento con denosumab sulla BMD della colonna lombare a 4 anni
*P < 0.001 vs placebo. Note: Il grafico mostra solo il gruppo trattato con 60 mg Q6M dal basale fino a 48 mesi. McClung MR, et al. N Engl J Med. 2006;354:821-831. Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
0 6 12 18 24 36 48 Mesi
Varia
zion
e pe
rcen
tual
e (M
edia
LS
± SE
)
Trattamento continuo a 60 mg Q6M
Placebo 60 mg Q6M
* *
*
*
*P < 0.001 vs placebo. Note: Il grafico mostra solo il gruppo trattato con 60 mg Q6M dal basale fino a 48 mesi. Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
Efficacia del trattamento con denosumab sulla BMD di femore totale e 1/3 distale del radio a 4 anni
Placebo 60 mg Q6M
Femore totale 1/3 distale del radio
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 6 12 18 24 36 48
Mesi
0
2
4
0 6 12 18 24 36 48
Mesi
Varia
zion
e pe
rcen
tual
e ( M
edia
LS
± SE
)
* *
-6
-4
-2
* * *
*
Varia
zion
e pe
rcen
tual
e (M
edia
LS
± S
E)
Trattamento continuo a 60 mg Q6M Trattamento continuo a
60 mg Q6M
McClung MR, et al. N Engl J Med. 2006;354:821-831. Lewiecki EM, et al. J Bone Miner Res. 2007;22:1832-1841. Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
Interruzione del trattamento a 24 mesi
I pazienti nel gruppo trattato con denosumab 210 mg Q6M e nel gruppo trattato con alendronato hanno interrotto il trattamento durante gli ultimi 24 mesi di studio
210 mg Q6M
Alendronato (in aperto)
Placebo
48 Mesi 12 Mesi 24 Mesi 36 Mesi
Trattamento interrotto
*P < 0.001 a 36 mesi vs placebo ^P= 0.05 a 48 mesi vs placebo. †P = 0.008 a 36 mesi vs placebo. Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
Interruzione del trattamento con denosumab: variazioni dei livelli sierici di CTx e di BSAP
Trattamento interrotto Trattamento interrotto
Placebo 210 mg Q6M Alendronato in aperto
CTx sierico BSAP
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Med
iana
ng/
mL
(Q1,
Q3)
0
5
10
15
20
25
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Mesi Mesi
Med
iana
µg/
L (Q
1, Q
3)
*
^
†
Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
Interruzione del trattamento con denosumab: variazioni del BMD della colonna lombare e del
femore totale
Trattamento interrotto Trattamento interrotto
Colonna lombare Femore totale
Varia
zion
e pe
rcen
tual
e
(Med
ia L
S ±
SE)
Mesi
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Mesi
0 6 12 18 24 36 48 -4 -2 0 2 4 6 8
10 12 14
0 6 12 18 24 36 48
Placebo 210 mg Q6M Alendronato in aperto
Ripresa del trattamento con denosumab
30 mg Q3M
Placebo
I pazienti trattati con 30 mg Q3M hanno interrotto il trattamento per 12 mesi e successivamente hanno ripreso il trattamento con denosumab alla dose di 60 mg Q6M per i rimanenti 12 mesi di studio
McClung MR, et al. N Engl J Med. 2006;354:821-831. Lewiecki EM, et al. J Bone Miner Res. 2007;22:1832-1841. Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
Ripresa del trattamento
60 mg Q6M interrotto
Trattamento
48 Mesi 12 Mesi 24 Mesi 36 Mesi
Ripresa del trattamento con denosumab: variazioni dei livelli sierici di CTx e di BSAP
Adattato da Miller PD, et al. Bone. 2008;43:222-229.
Ripresa del trattamento 60 mg Q6M
Trattamento interrotto
Placebo 30 mg Q3M
CTx sierico BSAP
Mesi
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Med
iana
ng/
mL
(Q1,
Q3)
Mesi
0
5
10
15
20
25
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Med
iana
µg/
L (Q
1, Q
3) Ripresa del trattamento 60 mg Q6M
Trattamento interrotto