L esperienza di una CRO

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1 Dalla teoria alla pratica I: L esperienza di una CRO La Ricerca Traslazionale: aspetti teorici ed implicazioni pratiche Roma, 16 giugno 2010 D.ssa Serena Cinelli - Senior Scientist Scientific Direction RTC S.p.A.

2 Valutazione della sicurezza preclinica Valutazione della sicurezza preclinica Identificazione di eventuali segni di tossicità chimici, farmacologi e tossicologi Caratterizzazione degli effetti tossici Minimizzazione degli eventi avversi

3 Costi di sviluppo di un nuovo farmaco Dati recenti suggeriscono che l investimento richiesto per il lancio di un nuovo prodotto è incrementato di oltre il 50% negli ultimi anni. L aumento dei costi comporta una diminuzione di prodotti innovativi. L alta percentuale di insuccessi è in parte da attribuirsi all applicazione di approcci tecnico scientifici inadeguati per la valutazione di efficacia e sicurezza.

4 Il ruolo della tossicologia La comparsa di effetti tossici è la principale causa di attrito nello sviluppo di un nuovo prodotto La maggior parte degli effetti avversi si evidenzia già nella fase di ricerca e sviluppo

5 Il ruolo della tossicologia Tossicità nell uomo + - Olsen,, 2000

6 Il ruolo della tossicologia Predittività dei test di tossicologia generale Nessuna specie Roditori 7% 29% 27% 37% Non roditori + roditori Non roditori Dati relativi a 150 prodotti per i quali sono stati riportati 221 effetti tossici nell uomo Olsen, 2000

7 Il ruolo della tossicologia L identificazione di nuovi biomarkers predittivi della sicurezza e dell efficacia potrebbe sicuramente ridurre i tempi ed i costi dello sviluppo di un farmaco

8 Fase di ricerca: Importanza del ruolo della tossicologia preclinica nella medicina traslazionale modelli in silico valutazione della genotossicità individuazione di biomarkers precoci esplorativi riduzione delle cause di attrito Fase di sviluppo applicazione di biomarkers esplorativi per valutazioni interne riduzione delle cause di attrito applicazione di biomarkers qualificati che possono essere traslati alla clinica riduzione dei tempi e possibile riduzione del margine di sicurezza nella selezione della FIH dose Applicazione di modelli sperimentali altamente predittivi (modelli murini con alta variabilità genetica, uso di topi geneticamente modificati per i test di cancerogenesi) riduzione delle cause di attrito e dei tempi di sviluppo preclinico

9 Sviluppo preclinico Fase di ricerca Gli studi in vitro e in vivo generano una grande mole di dati che, se condivisi, possono esser utilizzati per mettere in relazione la struttura chimica e gli eventuali effetti tossici e genotossici La valutazione in silico (Structure Activity Relationship), durante le fasi più precoci di ricerca e sviluppo, può aiutare nella selezione del lead compound e assicurare una maggiore possibilità di successo negli studi in vivo a scopo regolatorio

10 Sviluppo preclinico Fase di ricerca Elaborazione Struttura chimica Database pubblici Nuova struttura o studi preliminari di tossicità Alert

11 Uno dei maggiori fattori di attrito nello sviluppo dei nuovi prodotti farmaceutici (NCE) è il dato positivo nei test di tossicologia genetica E importante valutare il potenziale genotossico già nella fase di discovery applicando test predittivi, miniaturizzati e di rapida esecuzione E fondamentale selezionare saggi che non compromettano precocemente lo sviluppo di molecole potenzialmente rilevanti per la loro azione farmacologica Sviluppo preclinico Fase di ricerca

12 Sviluppo preclinico Tossicologia generale Il fine degli studi preclinici di sicurezza è: suggerire una dose clinica iniziale sicura guidare il processo di dose escalation individuare le strategie per identificare e mitigare i potenziali rischi per l uomo

13 Tipi di biomarkers di sicurezza Un processo di sviluppo che permetta la traslazione dei dati dall animale all uomo in maniera rapida ed efficace, si basa sulla identificazione di specifici biomarkers che forniscano informazioni precoci e predittive sulla fisiopatologia dei possibili organi bersaglio. I possibili approcci per l identificazione di tali biomarkers sono: top-down: senza assunzioni a priori si osservano le variazioni bottom-up: basato su ipotesi formulate in base alle informazioni disponibili si prevedono le variazioni

14 Tipi di biomarkers di sicurezza La validità dell applicazione dei biomarkers così individuati, dipende: dal consenso scientifico dall accettazione delle autorità regolatorie Su questa base si distinguono BM esplorativi BM qualificati

15 Tipi di biomarkers esplorativi BM puramente esplorativi possono essere applicati per valutazioni prettamente interne, per meglio comprendere il meccanismo d azione e la rilevanza per l uomo dei dati preclinici BM non ancora qualificati ufficialmente, ma di notevole valore, per meglio caratterizzare l azione tossica del prodotto nell ambito degli studi preclinici

16 Tipi di biomarkers qualificati Qualificato il fit for purpose : BM di comprovata predittività tossicologica negli studi preclinici, da misurare con metodi analitici validati BM di comprovata predittività tossicologica negli studi clinici

17 Predittività dei test preclinici Predictive Safety Testing Consortium (PSTC) Clinical Translational Team Nephrotoxicity Hepatotoxicity Vascular Injury Cancerogenicity

18 Biomarkers non invasivi Biomarkers tradizionali: BUN, scr Tubuli: Kim-1 Cistatina-C Clusterina β2-microglobulina Trefoil Factor 3 (TFF3) Glomerulo: Albumina Cistatina-C (indiretto) β2-microglobulina (indiretto) Proteine totali Maggiore sensibilità rispetto ai biomarkers tradizionali Muller & Dieterle, 2009

19 Biomarkers non invasivi DILI - Biomarkers tradizionali: ALT, AST α-gst: altamente specifico e sensibile uniformemente distribuito nel fegato valori di controllo coerenti fra loro reversibilità del danno ritorna alla normalità π-gst: incrementa nel caso di lesioni del dotto biliare Maggiore specificità rispetto ai biomarkers tradizionali Muller & Dieterle, 2009

20 Biomarkers non invasivi DIVI: ucmgp, TIMP-1 Cardiotossicità: ctn-i, ctn-t, NT-proBNP Muller & Dieterle, 2009

21 Biomarkers non invasivi Biomarkers di tossicità: traslazione dalla preclinica alla clinica Esposizione Signalling cellulare Alterazione della funzione cellulare Alterazioni strutturali Danno irreversibile Insufficienza d organo Biomarkers di tossicità Finalizzati alla tossicità d organo Tessuto-specifici e altamente sensibili Reazione rapida in seguito ad insulto tossico Soprattutto proteine valutate con metodi immunologici Parametri di patologia clinica Controllo della funzionalità d organo Limitata specificità e sensibilità Maggiore latenza dopo l insulto tossico Soprattutto metaboliti endogeni o attività enzimatiche valutate con metodi biochimici Muller & Dieterle, 2009

22 Biomarkers non invasivi Biomarkers di danno renale: esempio di traslazione dalla preclinica alla clinica Tossicità tubulare confermata con istopatologia in una o più specie incluso il ratto. Livelli normali di Azoto ureico (BUN) e Creatinina (SCr) nel sangue. Misurare i livelli di BUN e SCr nel sangue; KIM-1 e Albumina nelle urine di animali in cui ci sia tossicità tubulare (studi regolatori - GLP). Necessità di dimostrare la reversibilità, analizzando sangue, urine e tessuti (istopatologia) a diversi tempi. SI Fase 1/2: controllo di BUN, SCr, KIM-1 o Albumina. KIM-1 e/o Albumina hanno dimostrato valore diagnostico? Dieterle et al., 2010 NO In caso di assenza di biomarker diagnostico: studi clinici ritardati fino alla dimostrazione del meccanismo d azione e sua irrilevanza per l uomo.

23 Esempio di studio regolatorio Raccolta di campioni di siero/plasma/urine al giorno 1 di trattamento ed alla necroscopia Se possibile utilizzare i prelievi effettuati per la TK per verificare l andamento dei BM plasmatici nel tempo Conservazione dei campioni fino al conseguimento dei risultati istopatologici Selezione ed analisi di BM specifici correlabili alle lesioni istopatologiche osservate

24 Nuovi approcci : mirna Tra i biomarkers (esplorativi) emergenti sempre più spesso vengono segnalati i microrna (mirna): RNA a singolo filamento (circa 22 nucleotidi), non codificanti altamente conservati regolano l espressione genica a livello di traduzione

25 Nuovi approcci : mirna Il profilo dei mirna può essere regolato dall azione di agenti chimici. Sono molecole stabili e possono essere saggiate nei liquidi biologici e nei tessuti. Ad oggi sembra che esistano centinaia di mirna plasmatici nell uomo e nel topo contro le centinaia di migliaia di proteine che possono subire alterazioni durante i processi patologici e tossici.

26 Nuovi approcci : mirna Per questo motivo può essere più semplice misurare specifici mirna, piuttosto che individuare cambiamenti nei profili proteici. Alterazioni di mirna sono state osservate in vari tipi di tumori (possibile strumento di diagnosi precoce). Le ricerche sono ancora a livello preliminare e serve un approfondimento sul possibile livello di traslazione dall animale all uomo.

27 Nuovi modelli animali La DILI idiosincratica può essere causa di interruzione nello sviluppo per eventi avversi nelle fasi cliniche avanzate Popolazione umana geneticamente diversa Predizione del rischio basata su un singolo genoma

28 Nuovi modelli animali Collaborative Cross Mice A/J C57BL6 129S1 NOD NZO PWK CAST WSB

29 Lo studio convenzionale di cancerogenesi (2-anni roditore) è ad oggi il più impegnativo in termini di: tempo ( 3 anni) costi (> ) uso di animali ( 500) Allo stato attuale è ancora difficile: estrapolare la valutazione del rischio dall alta dose sperimentale alla dose di esposizione umana identificare il meccanismo d azione e la sua rilevanza per l uomo traslare i dati dall animale all uomo Valutazione del potenziale cancerogeno

30 Predittività dei test preclinici Predictive Safety Testing Consortium (PSTC) Clinical Translational Team Nephrotoxicity Hepatotoxicity Vascular Injury Cancerogenicity

31 13 compagnie farmaceutiche hanno partecipato alla compilazione di un database con i risultati di tutti gli studi di tossicologia cronica (6 e 12 mesi) e di cancerogenesi nel ratto. Sono stati valutati 180 prodotti. Dati valutati: Valutazione del potenziale presenza di lesioni preneoplastiche nella istopatologia degli studi cronici (HIS) risultati di genotossicità (GTX), cancerogeno alterazioni dei livelli ormonali (HP) Sistare, 2010

32 Valutazione del potenziale HIS GTX HP + - cancerogeno Predittività negativa 80% Specificità 82% Sistare, 2010

33 Valutazione del potenziale cancerogeno L applicazione di uno studio di cancerogenesi su modelli geneticamente modificati e di uno studio cronico sul ratto come studio predittivo di cancerogenesi, può ridurre notevolmente tempi, costi e animali, ma l animale continua ad essere un black box senza fornire sufficienti indicazioni riguardo al meccanismo d azione Gli OMICS possono rappresentare un aiuto?

34 Nuove tecnologie: sfide richieste istopatologia chimica Patologia clinica immunologia mirnomica metabonomica proteomica genomica

35 Nuove tecnologie: sfide richieste Flessibilità nel disegno degli studi Necessità di un team interdisciplinare

36 L importanza della struttura a a matrice

37 Ricerca Traslazionale e processo di sviluppo Ricerca di base Discovery Sviluppo pre-clinico Fase Clinica I/IIA (PoC) Fase Clinica II Fase Clinica III Mercato Tossicologia traslazionale Traslazione dell informazione (es. individuare MoA, rilevanza dei dati preclinici per l uomo, organi bersaglio) Traslazione dell applicazione di biomarkers dalla preclinica alla clinica

38 Conclusioni Nuovo ruolo della CRO preclinica: non soltanto fornitore di servizi, ma partner attivo durante le fasi di ricerca e sviluppo

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40 Back-up slides

41 PSTC: un impegno globale Critical Path Institute Bill Mattes, Director Elizabeth Walker, Assistant Director Phil Rossi, Program Manager PSTC Members 15 Pharmaceutical Companies, 1 Technology Company, 1 Non-Profit, and the Critical Path Institute 182 Scientists FDA Federico Goodsaid, Lead Liaison 16 other scientists and experts EMEA Spiros Vamvakas, Lead Liaison 10 other scientists and experts

42 Ruolo di FDA ed EMA La partecipazione di FDA ed EMA è la chiave per sviluppare in modo interattivo il processo di crossvalidazione che porta alla qualifica ad uso regolatorio FDA non è un membro ma agisce come consulente ed ha un rappresentante in tutti i gruppi di lavoro FDA può essere consultata per un input sulle decisioni dell Advisory Committee Anche rappresentanti dell EMEA partecipano come advisors

43 PSTC: gli obbiettivi To cross-qualify pre-clinical animal model biomarkers aimed at reducing the cost and time of pre-clinical safety studies To use the combined resources, sample sets, novel compounds, and expertise to generate a biomarker data package convincing enough for FDA/EMEA qualification as an approved biomarker To provide potential early indicators of clinical safety in drug development and post-marketing surveillance. Note the goal of translational biomarkers To develop new tools for FDA and EMEA to assist in regulatory decision making.

44 Biomarkers Esempio di collaborazione tra industria e autorità regolatoria nella qualifica di biomarkers PSTC: sottomissione a EMA e FDA di dati relativi al valore predittivo dei biomarkers negli studi di tossicità Qualifica di 7 specifici biomakers di nefrotossicità per un utilizzo mirato all interno di studi preclinci e clinici in modo da guidare la valutazione della safety In base all esperienza di questo processo pilota di qualifica sarà possibile definire in maniera sempre più precisa i requisiti minimi necessari per qualificare nuovi biomakers di tossicità entro specifici contesti.

45 Cancerogenesi Flessibilità nel disegno degli studi Necessità di un team interdisciplinare

46 Tossicologia genetica I test in vitro su cellule di mammifero hanno un alta sensibilità, ma danno spesso luogo a falsi positivi (25-30%) che possono portare ad una prematura interruzione dello sviluppo della NCE. Proposta di variazioni nella batteria dei test: ICH S2 (R1) Current Step 2 version dated 6 March 2008 GUIDANCE ON GENOTOXICITY TESTING AND DATA INTERPRETATION FOR PHARMACEUTICALS INTENDED FOR HUMAN USE