Estratégias de redução do uso de animais em estudos pré-clínicos

Carlos Kiffer

Larissa Fontes Generoso

Introdução

Desenvolvimento de produtos farmacêuticos e biotecnológicos:

SEGURO EFICAZ

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

8 32

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