estratégias de redução do uso de animais em estudos...
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Estratégias de redução do uso de animais em estudos pré-clínicos
Carlos Kiffer
Larissa Fontes Generoso
Desenvolvimento Pré-clínico
Produto farmacêutico ou biotecnológico
EficáciaProva de conceito
Dinâmica e cinética
SegurançaToxicidade
GenotoxicidadeCarcinogenicidadeImunogenicidade
ObjetivoAplicar as diferentes estratégias experimentais no
desenvolvimento pré-clínico do produto biotecnológico
REDUZIRreduce
REFINARrefine
SUBSTITUIRreplace
Processo simplificado da descoberta ao desenvolvimento inicial de medicamentos
O medicamento candidato possui potencial terapêutico?
O medicamento candidato possui baixo risco toxicológico?
O medicamento candidato possui perfil farmacocinético promissor?
Provas de conceito (in vitro)
2 modelos animais – PK (pequeno porte)(Eliminação e biodisponibilidade)
Estudos toxicológicosEstudos PK adicionais
(animais de maior porte)
Modit NB. Pharmacokinetics and metabolism in drug discovery and preclinical development SchoenwaldRD eds . Pharmacokinetics in drug discovery and development 200257-71. CRC Press Boca Raton
Etapa clínica
Modelos híbridos(predição cinética/dinâmica)Modelos toxicocinéticos in vitro
Modelos toxicológicos in silicoModelos PK/PD
Fluxo tradicional Potencial uso de modelos
Modelos de doença (in silico / ex vivo)
(predição em Diabetes, potência, etc)
Estratégias
In vitro/ex vivoModelos que utilizam células ou tecidos em cultura
In vivoExperimentação em animais
In silicoBancos de dados e modelos computacionais que auxiliam na predição do comportamento da droga
Modelos celulares:aplicados a P&D farma-biotec
Modelos in vitro/ex vivo
SEGURANÇA E EFICÁCIA
ESPECIAL ATENÇÃO:Uso de células-tronco humanas (não embrionárias)
Vantagens: replicação contínua (fonte constante de “matéria-prima”), sem uso de animais de laboratório, potencial de replicação de células
funcionais de coração, pele, pulmão e neuronais
Permitem testes toxicológicos em linhagens específicasMaior rapidez e precisão
Segurança e potencial redução de uso de animais
* disponíveis localmente
Cardiomiócitos* Queratinócitos*Epitélio pigmentado da retina*
Hepatócitos Neurônios
youtu.be/OcHlisPxbHE (Fonte: CellSeq, Belo Horizonte, Brasil)
Benefícios:• Seleção mais apropriada de droga candidata• Potencial redução de uso de animais
Modelos in vitro/ex vivo
SEGURANÇA E EFICÁCIA
• Aplicação: produtos químicos (não biológicos);
• Identificação de carcinógenos genotóxicos ou não;
• Detecção de atividades iniciadoras e promotoras detumores.
CarcinogenicidadeEnsaios in vitro de transformação celular (CTAs)
SEGURANÇA
EURL :http://goo.gl/uzkV2IOECD: http://goo.gl/nrgnFT
Benefícios:• Triagem de moléculas candidatas• Potencial redução de uso de animais
Modelos validados:ECVAM: Bhas 42 (fibroblastos embrionários de murinos transformados)OECD: SHE (células embrionárias de hamster sírio)
• Aplicação: produtos químicos (não biológicos);
• Avaliação do potencial de indução de anomalias cromossômicas numéricas e estruturais (células de mamíferos).
GenotoxicidadeO teste do micronúcleo
SEGURANÇA
OECD: http://goo.gl/jWAEE4
Benefícios:• Triagem de moléculas candidatas• Potencial redução de uso de animais
Modelos validados:OECD: cultura primária de linfócitos periféricos humanos ou de outros mamíferos
Se tivéssemos este teste quando do lançamento da Talidomida...
• Aplicação: produtos químicos (não biológicos);
• Potencial de induzir mutações de ponto (substituição, adição ou deleção de um ou poucos pares de bases do DNA).
GenotoxicidadeO teste de Ames
SEGURANÇA
OECD: http://goo.gl/ZqmgYN
Benefícios:• Triagem de moléculas candidatas• Potencial redução de uso de animais
Modelo validado:Teste de mutação reversa em linhagens de S. typhimurium e E. coli(reversão da capacidade de crescimento em meios sem determinadosaminoácidos).
ImunogenicidadeSEGURANÇA
Não existem métodos alternativos validados para avaliação da imunogenicidade de produtos biotecnológicos.
“Quality by design (QbD)”Moléculas e formulações menos imunogênicas
Benefícios:• “Desenho” mais apropriado da biomolécula candidata• Potencial redução de uso de animais evitar reteste
O exemplo dos mAb
Receptores Fc: presentes na superfície de célulasdo sistema imunológico; se ligam especificamenteà porção Fc de anticorpos ligados a patógenos oucélulas infectadas e induzem reações citotóxicas.
Os receptores Fc podem reconheceranticorpos terapêuticos ligados a antígenosnas células-alvo da terapia, deflagrandoreações citotóxicas indesejadas contra essascélulas.
Uma estratégia para evitar tal efeito imunogênico é aremoção dos glicanos da porção Fc do anticorpoterapêutico, o que impede a interação com osreceptores Fc das células do sistema imunológico.
Talbert, D., et al. Multiparamenter in vitro testing of drug induced cardiac toxicity. QLabs
* Significativamente reduzido
P<0.005
Citotoxicidade in vitroSEGURANÇA
Se tivéssemos este teste quando do plano de desenvolvimento de
Grepafloxacina, Sparfloxacina, etc...
vs
Estudos toxicológicos in vivo
Vias celulares, interação com receptores e outras moléculas
Modelagem molecular
“ÔMICAS”
Potencial toxicidade
ToxicidadeModelos in silico de avaliação
SEGURANÇA
Benefícios:• Seleção mais apropriada de
droga candidata• Potencial redução de uso de
animais
Simulações farmacocinéticas/dinâmicasModelos in silico
EFICÁCIA
Carboplatin: hybrid pharmacokinetic model containing a 2-compartment plasma disposition
model and 1-compartment tumor model.
Gallo J M et al. Clin Cancer Res 2004;10:8048-8058
Farmacocinética /dinâmica:O caso dos antitumorais
EFICÁCIA
Model-predicted (—) and observed ○ carboplatin plasma (A) and tumor (B) concentrations in rats
bearing intraperitoneal NuTu19 tumors, a preclinical model of ovarian cancer.
Gallo J M et al. Clin Cancer Res 2004;10:8048-8058
Benefícios:• Seleção mais apropriada de droga candidata• Potencial redução de uso de animais• Auxílio do desenho de estudo clínico
DoseCurva Sérica
Conc vs. TempoPenetração Tecidual / Liq. Biológicos
Conc vs. TempoEfeito
Toxicidade
Concentração no sítio infecioso
Atividade Antimicrobiana (marcador de potência - CIM)
PK PD
Absorção
Distribuição
Eliminação
0
Co
nce
ntr
ação
Tempo (horas)0
AAC:CIM
Cmax:CIM
Co
nce
ntr
ação
Tempo (horas)
CIM
T>CIM
Farmacocinética /dinâmica:O caso dos antimicrobianos
EFICÁCIA
Software NONMEM, USCF, EUA
Atb Y
Dados internos da GC-2 – proibida a reprodução
Estudo cinético in silicoEFICÁCIA
Benefícios:• Seleção de dose mais apropriada de droga candidata• Potencial redução de número de animais• Auxílio do desenho de estudo clínico
Caso 1:Predição de melhor dose (dose-finding) de Antibiótico Y (simulação de dose oral) com
base em dados escassos (em animais / escala alométrica e predição de depuração)(redução do uso de animais)
Simulação de Atb XY 1g 8/8h (IV) com base em dados de animais e humanos precoces(busca de melhor % obtenção de Meta p/ eliminação bacteriana em humanos – melhor dose)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
00.01
%
1 16 100MIC (mg/L)
0.5 h infusão
1.0 h infusão
2.0 h infusão
3.0 h infusão
Distribuição de MIC
Distribuição das MICs p/ ATB
XY frente a P. aeruginosa
Dados internos da GC-2 – proibida a reprodução
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Software Crystal-Ball, Oracle, EUA
Estudo cinético-dinâmicoEFICÁCIA
Benefícios:• Seleção de biomarcador mais adequado• Auxílio do desenho de estudo clínico• Estudos pré-clínicos melhor definidos
Conclusões• Modelos in vitro / ex vivo:
Permitem redução do uso de animais, auxiliando em:
Desenho de droga (quality by design)
Interrupção mais breves – “Fail fast, fail cheap”
Melhor delineamento de experimentos
• Modelos in silico:
Permitem redução do uso de animais, auxiliando em:
Descoberta, delineamento e seleção de droga candidata
Predição de resposta à exposição mais precoce – “Fail fast, fail cheap”
Seleção de modelo (PK/PD) mais adequado
Seleção de biomarcador mais adequado
• Não há modelo substitutivo ao uso de animais!
• “Cultura do planejamento” – busca de MA precocemente