Farmacogenetica: prospettive per lo sviluppo clinico e l'applicazione di nuove terapie

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1 Nuove frontiere nella bioanalitica e laboratorio clinico RTC Pomezia (RM), 3 Febbraio 2015 Farmacogenetica: prospettive per lo sviluppo clinico e l'applicazione di nuove terapie Cinzia Dello Russo Istituto di Farmacologia Università Cattolica del S. Cuore

2 BACKGROUND Elevata variabilità inter-individuale nella efficacia e sicurezza delle terapie farmacologiche La maggior parte delle terapie risulta efficace nel 50-60% dei pazienti trattati (Spear BB et al. Trends Mol Med. 2001; 7: ). ADRs (ADVERSE DRUG REACTIONS): IV causa di morte negli USA dopo IMA, tumori e stroke (Lazarou J et al., JAMA 1998; 279: ) Una delle principali cause di ospedalizzazione (Pirmohamed M et al., BMJ 2004; 329: 15-19).

3 FATTORI che MODIFICANO la RISPOSTA ai FARMACI 20-90% della variabilità totale (Evans WE, and McLeod HL Pharmacogenomics-- drug disposition, drug targets, and side effects. N Engl J Med. 2003; 348: ) Ma Q and Lu AY. Pharmacogenetics, pharmacogenomics, and individualized medicine. Pharmacol Rev. 2011; 63:

4 FARMACOGENETICA La FARMACOGENETICA è la disciplina che studia le possibili relazioni esistenti tra caratteristiche dei geni e la riposta individuale ad una terapia farmacologica sia in termini di efficacia che di tollerabilità Essa ha dunque come oggetto principale il FARMACO, il che la rende sostanzialmente diversa dalla genetica, che ha come oggetto di studio la MALATTIA

5 Principali geni coinvolti nella risposta ai farmaci I geni che influenzano la risposta ad un determinato trattamento farmacologico possono essere distinti in diverse classi: Geni codificanti per proteine coinvolte nell assorbimento, metabolismo, distribuzione ed escrezione del farmaco (enzimi del metabolismo e trasportatori di farmaci) Geni codificanti per il bersaglio terapeutico primario, come per esempio recettori e/o enzimi Altri geni, i.e. geni che regolano le risposte immunitarie (HLA)

6 FARMACOGENETICA e FARMACOCINETICA

7 METABOLISMO DI FARMACI Zanger UM, Schwab M. Cytochrome P450 enzymes in drug metabolism: regulation of gene expression, enzyme activities, and impact of genetic variation. Pharmacol Ther. 2013; 138:

8 CYP2D6 Responsabile del 20-25% del metabolismo di farmaci Molti farmaci potenzialmente pericolosi, i.e. antiaritmici, antidepressivi triciclici, antipsicotici, antipertensivi, codeina, tramadolo e tamoxifene. Altamente polimorfico (> 100 polimorfismi) Ma Q and Lu AY. Pharmacogenetics, pharmacogenomics, and individualized medicine. Pharmacol Rev. 2011; 63:

9 CYP2D6 Pinto N, and Dolan ME. Clinically relevant genetic variations in drug metabolizing enzymes. Curr Drug Metab. 2011; 12:

10 CYP2D6 Kirchheiner J, Fuhr U, Brockmöller J. Pharmacogenetics-based therapeutic recommendations--ready for clinical practice? Nat Rev Drug Discov 2005; 4:

11 Altri enzimi metabolizzanti Kirchheiner J, Fuhr U, Brockmöller J. Pharmacogenetics-based therapeutic recommendations--ready for clinical practice? Nat Rev Drug Discov 2005; 4:

12 Azatioprina (Immunoprin ) 4.4 Avvertenze speciali e precauzioni di impiego er_001392_037476_rcp.pdf&retry=0&sys=m0b1l3

13 DRUG-TRANSPORTERS

14 SLCO1B1 E un gene che codifica per un trasportatore di anioni organici, OATP1B1, una proteina che controlla l uptake epatico del farmaco. Il polimorfismo rs era in LD quasi completo con altri polimorfismi (r 2 >0.95), dei quali il polimorfismo rs c, sull esone 6, risultava un polimorfismo non-sinonimo (alanina al posto di valina codificata dall allele T wild-type)

15 FARMACOGENETICA nello SVILUPPO di NUOVI FARMACI

16

17 Linee Guida EMA PGt and PK 1) Fasi nello sviluppo di un farmaco in cui l effetto farmacogenetico sulle proprietà farmacocinetiche dovrebbe essere considerato 2) Campionatura del DNA 3) Valutazione delle conseguenze cliniche dovute a varianti genetiche 4) Trasferimento di tali conseguenze nelle raccomandazioni cliniche di un farmaco. Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12:

18 Studi di FARMACOGENETICA in FASE I Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12:

19 Studi di FARMACOGENETICA in FASE II-III Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12:

20 Comparazione tra diverse linee guida Pharmaceuticals and Medical Devices Agency (PMDA), Japan :Guideline on Clinical Pharmacokinetic Studies of Pharmaceuticals (Notification No. 796; 1 Jun 2001). US Food and Drug Administration (FDA): Guidance on Clinical Pharmacogenomics: Premarketing Evaluation in Early Phase Clinical Studies (Feb 2011). Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12:

21 FARMACOGENETICA/OMICA e FARMADINAMICA

22 Mutazioni genetiche nei TUMORI Frequenza e tipologia di mutazioni in geni codificanti per proteine Vogelstein B, Papadopoulos N, Velculescu VE, Zhou S, Diaz LA Jr, Kinzler KW. Cancer genome landscapes. Science. 2013; 339:

23 DALLA FARMACOGENETICA ALLA FARMACOGENOMICA Madian AG et al. Relating human genetic variation to variation in drug responses. Trends Genet ; 28:

24 Next Generation Sequencing Sequenziamento dell intero genoma (o dell intero esoma) di ogni paziente è una strategia che sta diventando abbastanza disponibile ed è particolarmente utile per la farmacogenomica dei tumori. ADENOCARCINOMA POLMONARE Pao W, Hutchinson KE. Chipping away at the lung cancer genome. Nat Med Mar 6;18(3):

25 CRIZOTINIB

26 CRIZOTINIB: SVILUPPO CLINICO

27 EML4-ALK fusion protein Altri PARTNER di FUSIONE (identificati più raramente in NSCLC): KIF5B TGFβ Soda M et al., Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in nonsmall-cell lung cancer. Nature Aug 2;448(7153):561-6.

28 EML4-ALK fusion protein Soda M et al., Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in nonsmall-cell lung cancer. Nature Aug 2;448(7153):561-6.

29 EML4-ALK fusion protein Soda M et al., Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in nonsmall-cell lung cancer. Nature Aug 2;448(7153):561-6.

30 PHASE II CLINICAL TRIALS Screening di 1500 pazienti: arruolati 82 con ALK-1 fusion protein Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med. 2010; 363:

31 Response to ALK Inhibition ORR 61% Disease control rate at 8 weeks: 88% Eisenhauer EA et al., New response evaluation criteria in solid tumours: revised RECIST guideline (version 1.1). Eur J Cancer Jan;45(2): Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med Oct 28;363(18):

32 Side effects to ALK Inhibition Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med Oct 28;363(18):

33 Studi clinici di fase III Screening di 4967 pazienti: arruolati 347 con ALK-1 rearrangments. Shaw AT, Kim DW, Nakagawa K, et al.crizotinib versus chemotherapy in advanced ALK-positive lung cancer. N Engl J Med. 2013; 368:

34 EGFR-TK inhibitors: Gefitinib Timeline of EGFR-targeting in NSCLC: 2002: Iressa prroval in Japan 2003: Iressa approval in US 2004 Publications describing EGFR mutation in Iressa responders 2004: Tarceva approval in US 2004 Final ISEL trial results showing no survival benefit with Iressa treatment 2005 AstraZeneca restricts Iressa use in US to those previously taking Iressa with demonstrated clinical benefits Two Phase II trials, recruiting more than 400 patients, IDEAL 1 and IDEAL 2, were used as the basis for approval in the US and Japan: ORR ~ 10% ISEL: 1692 patients who were refractory to or intolerant of their latest chemotherapy, randomized to receive either gefitinib (250 mg/day) or placebo, plus best supportive care. (Preplanned subgroup analyses included an assessment of patients who were of Asian origin (n = 342). NO survival benefits

35 Diagnosi di NSCLC positivo EML4-ALK. Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med Oct 28;363(18):

36 Madian AG et al. Relating human genetic variation to variation in drug responses. Trends Genet ; 28:

37 COMPANION DIAGNOSTIC TESTS rodiagnostics/ucm htm

38 REAZIONI AVVERSE A FARMACI

39 Un esempio di successo: HLA-B*57:01 come biomarker di ipersensibilità ad ABACAVIR ABACAVIR (ABC): farmaco antiretrovirale. Inibitore nucleosidico della trascrittasi inversa (NRTI). Analogo della guanosina Ben assorbito dopo somministrazione orale. L istaurarsi di resistenza di grado elevato richiede almeno 2-3 mutazioni nel genoma virale, pertanto si instaura lentamente. Ben tollerato, eccetto per una reazione di ipersensibilità (HRS) (5% pazienti in Italia)

40 Un esempio di successo: HLA-B*57:01 come biomarker di ipersensibilità ad ABACAVIR ABACAVIR (ABC): farmaco antiretrovirale. Inibitore nucleosidico della trascrittasi inversa (NRTI). Analogo della guanosina Ben assorbito dopo somministrazione orale. L istaurarsi di resistenza di grado elevato richiede almeno 2-3 mutazioni nel genoma virale, pertanto si instaura lentamente. Ben tollerato, eccetto per una reazione di ipersensibilità (HRS) (5% pazienti in Italia) La HSR da ABC è una sindrome clinica multiorgano, generalmente caratterizzata da 2 o più sintomi (febbre, rash, disturbi gastro-intestinali, malessere generalizzato, disturbi respiratori) che si manifesta entro le prime 6 settimane di terapia. La HRS da ABC si risolve rapidamente con la sospensione della terapia, ma ricompare ad un eventuale ripristino di questa con esiti spesso fatali LA DIAGNOSI CLINICA di HRS PUÒ ESSERE IMPRECISA

41 HLA genotyping per rilevare geni associati a HRS da ABC Western Australian HIV Cohort Study Mallal S, et al. Association between presence of HLA-B*5701, HLA-DR7, and HLA-DQ3 and hypersensitivity to HIV-1 reverse-transcriptase inhibitor abacavir. Lancet 2002; 359:

42 Whole-Genome SNP-Mapping per rilevare geni associati ad HRS da ABC Hetherington S et al. Genetic variations in HLA-B region and hypersensitivity reactions to abacavir. Lancet 2002; 359:

43 BIOMARCATORE GENOMICO Una caratteristica misurabile del DNA e/o dell'rna che sia indicatore di processi biologici normali o patologici e/o di risposta ad interventi terapeutici o di altro tipo EMA Note for guidance on the definitions for genomic biomarkers, pharmacogenomics, pharmacogenetics, genomic data and sample coding cathegories (2008) L uso di un biomarcatore nella pratica clinica richiede un complesso insieme di dati a supporto dell impiego clinico che viene proposto per quello specifico biomarcatore Kitzmiller JP et al. Pharmacogenomic testing: relevance in medical practice: why drugs work in some patients but not in others. Cleveland Clinic Journal of Medicine 2011;78:

44 PREDICT-1 Mallal S et al. PREDICT-1 Study Team. HLA-B*5701 screening for hypersensitivity to abacavir. N Engl J Med 2008; 358:

45 In sintesi Al presente, tutte le linee guida per il trattamento dell infezione da HIV raccomandano lo screening dell HLA- B*57:01 prima di iniziare protocolli HAART contenenti ABC per ridurre l incidenza di ABC-HSR. Panel on Antiretroviral Guidelines for Adults and Adolescents. Guidelines for the use of antiretroviral agents in HIV-1-infected adults and adolescents. Department of Health and Human Services. Available at Sections accessed [14 January 2015] Al presente, l indicazione allo screening dell HLA-B*57:01 è riportata nelle RCP (riassunto delle caratteristiche del prodotto, o foglietto illustrativo) di tutti i prodotti farmaceutici contenenti ABC.

46 Modifica delle RCP di ABC

47 Implementazione dello screening per HLA-B*57:01 nella pratica clinica

48 Come si analizza al presente l HLA-B*57:01? a) Sequenziamento (SBT, Sequence Based Typing, Tipizzazione Basata sulla Sequenza) b) SSOP (Sequence Specific Oligonuclotide Probes, analisi con Sonde Oligonucleotidiche Sequenza Specifiche) c) SSP (Sequence Specific Primers, Analisi con Primers Sequenza Specifici) d) SSP and capillary electrophoresis e) SSP and Real time PCR (Q-PCR) f) Citometria a flusso utilizzando anticorpi specifici per l allele di interesse (p es. B17: riconosce HLA-B*57 e 58) Reviewed by: Stocchi L et al., The Pharmacogenomic HLA Biomarker Associated to Adverse Abacavir Reactions; Comparative Analysis of Different Genotyping Methods. Curr Genom 2012; 13,

49 Screening per HLA-B*57:01 in Q-PCR Sangue intero Estrazione del DNA DNA totale Campioni positivi: NO ABC Regione dell HLA-B Screening via Q- PCR per HLA-B* 57:01 Amplificazione locus specifica del gene HLA-B Campioni negativi: SI ABC Esone 3 Esone 2 Esone 3 Esone 2 Dello Russo C, Lisi L, Lofaro A, Di Giambenedetto S, Federico B, Madeddu G, Salerno M, Mura MS, Pirazzoli A, de Luca A, Cauda R, Navarra P. Novel sensitive, specific and rapid pharmacogenomic test for the prediction of abacavir hypersensitivity reaction: HLA- B*57:01 detection by real-time PCR. Pharmacogenomics. 2011; 12:

50 Clinical Activity Dello Russo C, Lisi L, Fabbiani M, Gagliardi D, Fanti I, Di Giambenedetto S, Cauda R, Navarra P. Detection of HLA-B*57:01 by real-time PCR: implementation into routine clinical practice and additional validation data. Pharmacogenomics. 2014; 15:

51 BIOMARCATORI GENOMICI di ADR Pirmohamed M. Personalized pharmacogenomics: predicting efficacy and adverse drug reactions. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2014;15:

52 Verso una medicina personalizzata e lo sviluppo di terapie più efficaci e sicure

53 References (US National Library of Medicine National Institutes of Health pubmed) es/medicines_landing_page.jsp&mid (EMA website) (FDA website) (AIFA: Banca Dati Farmaci) GRAZIE per L ATTENZIONE