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Bases Científicas dosMétodos Alternativos ao Uso de Animais
Eduardo Pagani MD PhD
Gerente de Desenvolvimento de Fármacos do LNBio
Coordenador da RENAMA no LNBio
Raciocínio Toxicológico Clássico
Talidomida introduzida em 1957 como antiemético para gestantes sem ser testada em humanos.
http://www.chm.bris.ac.uk/motm/thalidomide/start.html
Por que desenvolver e implementar métodos alternativos ao uso de animais?
• Ética
• Economia de:
– Recursos
– Tempo
• Melhora do potencial preditivo
Out-of-Pocket and Capitalized Costsper Approved Drug
121
336282
466403
802
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Mil
lio
ns o
f 2000 $
Preclinical Clinical Total
Out-of-Pocket Capitalized
Source: DiMasi et al., J Health Economics 2003;22(2):151-185
H. Olson et al. Toxicology Letters 102-103 (1998) 535-538
O raciocínio toxicológico clássico
• Cumpriu seus objetivos mas,
• Apresenta problemas éticos;
• Consome muito tempo e dinheiro;
• Apresenta limitações para a predição de risco:
– Supervaloriza a segurança em detrimento do acesso.
– Não é adequado para idiossincrasias.
– Evoluiu pouco nas últimas décadas principalmente em função de implicações regulatórias.
Quais as iniciativas em curso para métodos mais baratos, mais rápidos e mais preditivos?
Métodos in silico
• Simulações feitas por computador
• Avalia propriedades farmacológicas por comparações com substâncias já conhecidas
• Utiliza extensas bases de dados disponíveis
• É rápido e barato
Development of a Successful New Drug (Total Cost ~$900 mm)
0
15 Colocação
Regis tro
Desenvolvim ento
P esquis
aBás ic
a
1
2
2-5
5
250
Substâncias
5,000 - 10,000
Substâncias
Vigi lância San itária
Tes te s Clín icos
(Hum anos)
Tes te s P ré Clín icos
(Anim ais l)
Sin tese
Exam e &
Escolha
Fase
IV
Fase
III
Fase
II
Fase I
A
N
O
S
Sou rce : P h RMA
Fonte: Tufts University - 2003
Depósito da Patente4
Farmacocinética
Lipinski, C.A. et al. (1997) Experimental and computational approaches to estimate solubility
and permeability in drug discovery and development settings. Adv. Drug Deliv. Rev. 23, 3–25
Toxicidade
Projeto eTOX
MetaDrug™ • Mecanismo de ação, toxicidade e efeitos em outros alvos,
• Banco de dados com mais de 600.000 compostos
• Prediz os metabólitos gerados com base em regras empíricas.
ACD/Toxicity
• Predição de efeitos nos sistemas: cardiovascular, digestório, urinário, hematopoiético, respiratório e endócrino.
• Predição de genotoxicidade
• Predição da interação com o canal de potássio (hERG) –(toxicidade cardiovascular).
• Predição de irritação da pele.
MetaDrug
Tanimoto prioritization
(TP), a maior similaridade
estrutural com alguma
molécula do set de
treinamento.
ACD/Labs Percepta
Predictors
PhysChem Modules
Absolv
Aqueous Solubility
Boiling Point
LogD
LogP
pKa
Sigma
Other PhysChem Descriptors
ADME Modules
Blood Brain Barrier Permeation
Cytochrome P450 Inhibitors
Cytochrome P450 Substrates
Distribution
Maximum Recommended Daily Dose
Oral Bioavailability
Passive Absorption
P-gp Specificity
PK Explorer
Regioselectivity of Metabolism
Toxicity Modules
Acute Toxicity
Aquatic Toxicity
Endocrine System Disruption
Genotoxicity
Health Effects
hERG Inhibition
eye and skin Irritation
Resultados
Métodos in vitro
1- Vias de ToxicidadeTox21
A maioria das toxinas conhecidas age em poucas vias:
• A maioria das hepatotoxinas atua na apoptose induzida pelo TNF.
• Muitas neurotoxinas interferem com o metabolismo do cálcio.
• Muitas imunotoxinas interferem com o receptor Aryl Hydrocarbon (AhR) linfocitário.
• Muitas substâncias que interferem com o sistema endócrino se ligam a receptores esteroidais.
• A maioria das interações medicamentosas ocorre por interferência com o citocromo P450.
• Muitos compostos mutagênicos possuem grupos aldeídos ou são metabolizados em substâncias que os possuem.
Leist M, Hartung T, Nicotera P. The dawning of a new age of toxicology.
ALTEX. 2008;25(2):103-14. PubMed PMID: 18551234.
Toxicology in the 21st Century (Tox21)
• Federal collaboration between NIH, EPA and FDA.
• Aimed at developing better toxicity assessment methods.
• Established in 2008, on Pathways of Toxicity (PoT) concept.
• Completed HTS in 2800 compounds > 50 assays.
• Data published at PubChem and ToxCast.
• The second phase is testing 10,000 compounds at NCGC.
• Consortium partners will develop a range of secondary and tertiary follow-up assays to further define and characterize activities identified in initial high-throughput screens.
2- Toxicidade local
Pele Humana Reconstituída
http://www.skinethic.com/pageLibre000101af.asp
Métodos Alternativos Validados - OECD
• Absorção pela Pele– Test No. 428; 23 Nov 2004: Skin Absorption: In Vitro Method
• Corrosão da Pele– Test No. 430; 26 July 2013: In Vitro Skin Corrosion: Transcutaneous Electrical Resistance Test Method
(TER)
– Test No. 431; 26 July 2013: In Vitro Skin Corrosion: Reconstructed Human Epidermis (RHE) Test Method
– Test No. 435; 17 Aug 2006: In Vitro Membrane Barrier Test Method for Skin Corrosion
• Irritação da Pele– Test No. 439; 26 July 2013: In Vitro Skin Irritation - Reconstructed Human Epidermis Test Method
• Irritação Ocular– Test No. 437; 26 July 2013: Bovine Corneal Opacity and Permeability Test Method for Identifying i)
Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage
– Test No. 438; 26 July 2013: Isolated Chicken Eye Test Method for Identifying i) Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage
• Fototoxicidade– Test No. 432; 23 Nov 2004: In Vitro 3T3 NRU Phototoxicity Test
• Genotoxicidade– Test No. 476; 21 July 1997: In vitro Mammalian Cell Gene Mutation Test
3- Toxicidade Sistêmica
Principais Áreas da Toxicologia Sistêmica
Altex 31, 3/14
Alergia
• Direct Peptide Reactivity Assay (DPRA)
• KeratinoSens - Nrf2/Keap1/ARE Pathway
• SenCeeTox® Skin Sensitisation Assay -Toxicogenômica
Toxicidade reprodutiva
Toxicidade Doses RepetidasToxicocinética & Farmacocinética
Cultura de Tecidos Humanos
Pele Humana Reconstituída
http://www.skinethic.com/pageLibre000101af.asp
Rim
Coração
Videos
https://www.youtube.com/watch?v=S6t30-abqCY
https://www.youtube.com/watch?v=52IL9gemyDw
Human on a Chip
Profissionais envolvidos
• Biólogos moleculares e celulares
• Microbiologistas
• Fisiologistas
• Farmacologistas
• Imunologistas
• Biotecnólogos
• BioEngenheiros
• Bioinformatas
• Clínicos
Perspectivas
Altex 31, 3/14
In Vitro Testing Industrial Platform Recomendations May, 2013
• Industry and regulatory bodies should not wait for complete suites of alternative tests to become available, but should begin working with methods available right now
• Share information (communication), harmonization and standardization (coordination), commitment
• How alternative methods can be used in research and development before formal implementation in regulations should be considered.
Russell, W.M.S. and Burch, R.L. The Principles of Humane Experimental Technique Methuen,
London, 1959
• Reduction: obtain comparable information from fewer animals.
• Replacement: use of non-animal methods whenever it is possible to achieve the same scientific aims.
• Refinement: alleviate or minimize potential pain, suffering or distress and enhance animal welfare.
Obrigado!
eduardo.pagani@lnbio.cnpem.br
Fone: 19 3512 1099
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