Biosimilari: il punto di vista del farmacologo Adriana Maggi Direttore Centro di Eccellenza CEND Università di Milano Gruppo di Lavoro Farmacologia Innovativa Comitato Nazionale per la Biosicurezza, le Biotecnologie e le Scienze della Vita
Biosimilari: il punto di vista del farmacologo
Adriana MaggiDirettore Centro di Eccellenza CEND Università di Milano
Gruppo di Lavoro Farmacologia Innovativa Comitato Nazionale per la Biosicurezza, le Biotecnologie e
le Scienze della Vita
Farmaci biologici
Farmaci di sintesi
XX secoloXXI secolo
LA RICERCA FARMACOLOGICA DAGLI ANNI ‘80
I FARMACI BIOTECNOLOGICI (PROTEINE TERAPEUTICHE)
FARMACI BIOLOGICI
Per la Comunità Europea, un composto o un farmaco biologico è definito come: “una sostanza che è prodotta o estratta da una sorgente biologica che richiede per la sua caratterizzazione e controllo di qualità una combinazione di analisi fisiche-chimiche e biologiche, insieme al processo di produzione e suoi controlli” (Dir. 2003/63/EC, part I, Section 3.2.1 (b)).
FARMACI BIOTECNOLOGICI
Farmaci biologici prodotti da cellule procariote o eucariote opportunamente modificate per opera di ingegneria genetica
Considerando l’origine da organismi viventi sono da considerare come composti/farmaci biologici molti antibiotici, ormoni, enzimi, immunoglobuline, emoderivati…
e tutti i farmaci prodotti grazie a tecnologie di ingegneria genetica:
IL MINIMO COMUNE DENOMINATORE DI TUTTI QUESTI COMPOSTI E’ LA COMPLESSITA’ STRUTTURALE
Aspirinapeso molecolare: 180 Da
Prodotti di sintesi
Interferone beta:peso molecolare: 19000 Da
Prodotti biotecnologici
I biofarmaci hanno dimensioni e struttura molto più complesse dei prodotti chimici
Proteine terapeutiche - Svantaggi
1.nuove metodologie di produzione2. riproducibilità nella produzione3.purificazione della macromolecola di
sintesi4.contaminanti nella purificazione5.stabilità del prodotto finito6.vie di somministrazione e
farmacocinetica
Proteine terapeutiche – Vantaggi
1.Generalmente esercitano una attività estremamente mirata e specifica2.Data la loro specificità hanno limitati effetti collaterali indesiderati3.Data la loro alta specificità ed essendo di origine umana sono generalmente ben tollerati4.Possono sopperire a un difetto genetico – nuovi bersagli terapeutici5.Il tempo di approvazione da parte delle autorità regolatorie è significativamente inferiore a quello di molecole di sintesi (1 anno per 33 proteine/ 294 piccole molecole approvate tra 1980 e 2002 )6.La protezione brevettuale può essere più lunga di altri composti per le difficoltà di ottenere prodotti biosimilari
DRUG DISCOVERY:- scelta del bersaglio biologico
- scelta dell’origine della molecola a potenziale attivita’ farmacologica (lead compound)
- identificazione della molecola attiva sul bersaglio mediante opportuno screening
FORMULAZIONE FARMACEUTICA
FARMACOCINETICA E METABOLISMOFARMACOLOGIA GENERALE
TOSSICOLOGIA
FORMULAZIONE DEL DOSSIER PER INIZIO SPERIMENTAZIONE CLINICA
RICERCA PRECLINICA E FARMACI BIOTEC
Farmaci biotecnologici
•
from Biotechnology Industry Organization (2007).
New Biotech Drug and Vaccine Approvals/ New Indication Approvals by Year
A fronte di un mercato farmaceutico in crescita del 7% rispetto al 2006, il mercato dei farmaci biotecnologici è cresciuto del 17.9% e oggi è pari a 65 miliardi di dollari (circa il 10% del mercato dei farmaci globale), inoltre due prodotti Biotech, Aranesp e Enbrel, sono state tra i primi dieci farmaci più venduti nel mondo nel 2006.
Farmaci biotecnologici
Farmaci biotecnologici
• Il numero di farmaci biotecnologici attualmente in commercio supera i 250.
• I farmaci biotecnologici che vengono utilizzati per 384 indicazioni di cui 200 sono nuove terapie
• Attualmente ci sono più di 400 prodotti terapeutici biotecnologici in trial clinici. I farmaci in studio sono per la terapia di diversi tipi di neoplasie, Alzheimer, malattie cardiovascolari, diabete, sclerosi multipla, AIDS e artrite.
Biotechnology Industry Organization (BIO)
USAN/INN Trade Name Indication Technology Mechanism of Action
abatacept Orencia rheumatoid arthritis immunoglobin CTLA-4 fusion protein T-cell deactivation
adalimumab Humira
rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, psoriatic arthritis
monoclonal antibody TNF antagonist
alefacept Amevive chronic plaque psoriasis
immunoglobin G1 fusion protein
incompletely characterized
Erytropoietin Epogen
anemia arising from cancer chemotherapy, chronic renal failure, etc.
recombinant protein stimulation of red blood cell production
Etanercept Enbrel
rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, psoriatic arthritis, psoriasis
recombinant human TNF-receptor fusion protein
TNF antagonist
Infliximab Remicade
rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, psoriatic arthritis, psoriasis, Crohn's disease
monoclonal antibody TNF antagonist
trastuzumab Herceptin breast cancer humanized monoclonal antibody
HER2/neu (erbB2) antagonist
Proteine terapeutiche di I e II generazione
Proteine di I generazione identiche alle proteine endogene umane
Proteine di II generazione modificate al fine di:
-Migliorarne le caratteristiche farmacocinetica (diminuire la biodegradabilità, aumentare la penetrazione cellulare, ecc)-Generare prodotti innovativi con funzioni diverse da quelle originarie-Generare dei prodotti più stabili facilitandone la conservazione
Proteine di II generazione
TNF (Fattore di Necrosi Tumorale) una citochina che gioca un ruolo chiave nel danno infiammatorio in malattie autoimmuni o nella malattia di Crohn
Etanercept (Enbrel), è una proteina di fusione dal peso molecolare di 150 kDa tra la forma solubile del recettore per il TNF umano e la porzione Fc delle immunoglobuline umane IgG.
Infliximab (Remicade), un anticorpo monoclonale “chimerico” cioè in parte umano (frammento Fc umano) e in parte di derivazione murina (domini della catena variabile VK e VH)
Adalimumab (HUMIRA) sviluppato molto recentemente che consta di un anticorpo interamente umanizzato.
MODIFICAZIONI POSTRADUZIONALI
MODIFICAZIONI SECONDARIE CHE CAMBINO IL PROFILO DI IDROFOBICITÀ
Possono migliorare il legame con proteine di trasporto plasmatiche di trasporto e quindi la residenza nel circolo:
Insulina detemir (acilazione LysB29, Novo Nordisk),
interferone alfa, peptide GLP1, desmopressina (legame di acidi grassi a residui attivi sulla superficie della proteina)
AGGIUNTA DI POLIETILENGLICOLE (PEG) PER AUMENTARE LE
DIMENSIONI DELLA PROTEINA E RIDURNE IL METABOLISMO E
CLEARENCE RENALE
Analoghi del GH : Pegvisomant
Analogo ricombinante di hGH - lys 120 sostituita con una gly e previene la dimerizzazione funzionale del recettore
qualsiasi aminoacido tranne lys o ala in questa posizione:antagonista GH
- Pegilazione – coniugazione via i gruppi aminici a 4 - 6catene di polietilen-glicoleAumento di T1/2 (SC) a circa 6 giorni. Picco plasmatico 33 - 77 ore
Ridotta immunogenicitàla pegilazione maschera i determinanti antigenici
PROTEINE TERAPEUTICHE –classificazione funzionale
Gruppo I: proteine terapeutiche con attività enzimatica o regolatoria
1a che rimpiazzano una proteina deficiente o anormale1b che aumentano attività esistenti1c che danno nuove funzioni/attività
Gruppo II: proteine terapeutiche con bersagli mirati2a che interferiscono con l’attività fisio-patologiche2b che rilasciano un composto terapeutico in un distretto specifico
Gruppo III: vaccini proteici3a che proteggono nei confronti di microorganismi
esterni3b per il trattamento di malattie autoimmuni3c per la terapia anti-neoplastica
Gruppo IV proteine con attività diagnosticaNature Drug Discovery June 2007
La complessità strutturale dei biofarmaci richiede una complessità
nella produzione
Typical Protein Production Process
La scelta della sequenza genica
INIZIO
La scelta del vettore
La scelta dell’organismo
per la produzione
La scelta delle condizioni di
fermentazione
La scelta del downstream processing
Produzione di proteine terapeuticheProcessi diversi danno luogo a prodotti non identici tra loro
FIN
E
Il prodotto finale è il risultato di numerose scelte
Difficoltà nella produzione di biofarmaci
• Istituzione di Master cell banks caratterizzate in dettaglio per stabilità genetica, tempi di crescita, contaminazioni, numero di copie del vettore, livello di espressione del transgene.
• Preparazione di Manufacturers cell banks sottoposte ad ulteriore caratterizzazione prima e dopo il caricamento nell’impianto pilota
• Controllo su larga scala della stabilità nelle condizioni di fermentazione, con la preparazione di Extended cell banks.
• Controllo delle condizioni di produzione • Recupero e produzione• Caratterizzazione del prodotto
CONTROLLO QUALITA’
Difficoltà nella produzione di biofarmaci
Spettrometria di massa
Presenza di DNA cellulare
Presenza pirogeni
Presenza di proteine cellulari
Presenza di proteine seriche
HPLC
SDS PAGE/Western
Determinazione dello stato di purezza
Composizione in acido sialico
Composizione in carboidrati
Sequenziamento N-terminale
Mappa peptidica
HPLC
Isoelectrofocusing
SDS PAGE Western
Saggio immunologico
Saggio biologico
Caratterizzazione della proteina
Controllo di qualità di proteine terapeutiche
Farmaci tradizionali e biofarmaci
Farmaci tradizionali risultato di sintesi chimica sotto
il controllo del ricercatore Biofarmaci: prodotti sintetizzati dalla cellula, risultato di complesse
attività cellulari
Microeterogeneità di proteine terapeutiche
collegate alla biologia del prodotto o al processo produttivo
process related, undesired modifications of side chains(e.g.,carbamylation,citraconylation)
artifical, desired modification (e.g. pegylation)
process related, undesired modifications of amino acids (e.g., oxidation, deamidation pyroglutamate formation)
biologic, desired modifications(e.g., glycosylation, phosphorylation, sulfatation, acylation)
process related, undesired modifications of the tertiary and quaternary structure (e.g., partial denaturation, aggregation)
biologic, undesired modifications(e.g., methylation, acetylation, formylation, proteolysis)
L’esempio del : t-PA (527 amino-acid protein; 17 S-S bridges; 3 glycosylation sites)
COOHNH2
Deamidation of Asn residues
Oxidation of Cys or Met residues
Eterogeneità determinate per via sperimentaleVariability in N-linked carbohydrate side chains
Single-chain and two-chain forms
Additional O-Glycosylation
Proteolysis at Arg-X
N-terminal sequence length variation
Total possible variants: 1.09 x 109References available
Spesso i farmaci biotecnologici sono costituiti da una miscela di isoforme
1313
Isoelectric Focusing: glycosylated product is subfraction of cell culture isoforms
CellCulture
PureBulk
12121111
1010
1414
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
5 7 8 9 10 11 12 13 14
Isoform Number
[U/m
g]
In-vivo Bioactivity
Eritropoietina sintetizzata da diversi laboratori
Source: Schellekens H, EJHP, 3/2004, Scientific Section, pp 43-47.
Different biophysical characteristics when compared to the innovator product (Eprex®)
Cosa sappiamo delle risposte cliniche a “piccole” variazioni nelle molecole sintetizzate da diversi laboratori?
Experience from Innovators and manufacturing process changes
Tissue Plasminogen Activator (tPA) - Genentech• Roller bottle to a fed batch process (new cell line, new downstream processing and new formulation)• Analytics showed different carbohydrate structures; clinical studies showed impact on PK and efficacy• This led to a delay in clinical development whilst differences were further investigated
Avonex (interferone beta 1a) Bioferon Biogen
Lenercept - Genentech• Scaled-up the manufacturing process that led to less sialylation of the protein• In clinical studies, this was shown to impact the PK and increase the immunogenicity• The project was terminated
Raptiva - Genentech• Scaled-up the process before conducting phase 3 clinical studies and found small analytical differences• No differences in nonclinical PK. In clinical studies AUC had increased by 30% and efficacy had decreased• Phase 3 study repeated
Eprex – J&J• Formulation change; no analytical differences
observed• Resulted in >180 cases of pure red cell aplasia
(PRCA) in renal failure patients (175/191 Eprex)
• SC route of administration contraindication; further drug product changes; 20,000 patient registry
Due farmaci con meccanismo d’azione apparentemente identico
Adalimumab e Infliximab : Adalimumab e Infliximab : legame selettivo con il TNFa e legame selettivo con il TNFa e conseguente blocco della conseguente blocco della interazione con i recettori del interazione con i recettori del TNF, p55 e p75 TNF, p55 e p75
Etanercept: inibizione Etanercept: inibizione competitiva del legame del competitiva del legame del TNF ai recettori di superficie, TNF ai recettori di superficie, che previene le risposte che previene le risposte cellulari mediate dal TNF cellulari mediate dal TNF rendendo il TNF rendendo il TNF biologicamente inattivobiologicamente inattivo
Apparente maggiore efficacia di moAb anti-TNF vs Etanercept
Ma risposta clinica a Etanercept in alcuni casi non-responsivi a Infliximab
Blocco TNF e vs solo
Dosaggi diversi?
Effetto biologico diverso? (efficacia in m. granulomatose, i.e. Crohn)
Due farmaci con meccanismo d’azione apparentemente identico
Biosimilari in quanto sono simili, non identici, ai prodotti originali copiatiEMEA Guidelines• “It is not expected that the quality attributes … will
be identical”• “Minor differences in the active substance, such as
variability in post-translational modifications may be acceptable, however, must be justified”
• “there may be subtle differences between biosimilars”
These differences can have clinical implications eg. different efficacy or safety
Perchè biosimilare e non generico• Biosimilar, Follow-on Biologic, Follow-on Protein, Subsequent Entry
Biologic …….• Prodotto biologico che vuole essere assimilabile a un prodotto
biologici innovativo il cui brevetto è scaduto. Tuttavia, la produzione del biosimilare– Avviene da parte di ditte diverse dalla Ditta originaria detentrice
del brevetto– Richiede un nuovo orgaismo per la produzione, un nuovo
processo produttivo, nuovi metodi analistici• I primi biosimilari:
– Omnitrope® (somatropin) in Australia, EU e USA– Valtropin® (somatropin) in EU– NON esistono prodotti-copia in Asia e in S. America
Conclusioni• Biosimilari sono una nuova classe di prodotti medicinali
– Non sono generici come inteso per le piccole molecole di sintesi• L’ EMEA ha stabilito ottimi standard per l’approvazione
– Una serie di importanti domande deve trovare una risposta solo dopo l’approvazione
• Rimangono punti di discussione che riguardano l’introduzione dei biosimilari nella pratica clinica– Regole per la sostituibilità automatica– Farmacovigilanza– Labelling– Scelta del nome
• La comunità medica deve avere la piena consapevolezza delle problematiche legate all’uso di biosimilari