Estratégias de redução do uso de animais em estudos pré-clínicos. Carlos Kiffer Larissa Fontes Generoso

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1 Estratégias de redução do uso de animais em estudos pré-clínicos Carlos Kiffer Larissa Fontes Generoso

2 Introdução Desenvolvimento de produtos farmacêuticos e biotecnológicos: SEGURO EFICAZ

3 Desenvolvimento Pré-clínico Produto farmacêutico ou biotecnológico Segurança Toxicidade Genotoxicidade Carcinogenicidade Imunogenicidade Eficácia Prova de conceito Dinâmica e cinética

4 Objetivo Aplicar as diferentes estratégias experimentais no desenvolvimento pré-clínico do produto biotecnológico REDUZIR reduce REFINAR refine SUBSTITUIR replace

5 Processo simplificado da descoberta ao desenvolvimento inicial de medicamentos Fluxo tradicional Potencial uso de modelos O medicamento candidato possui potencial terapêutico? Provas de conceito (in vitro) Modelos de doença (in silico / ex vivo) (predição em Diabetes, potência, etc) O medicamento candidato possui baixo risco toxicológico? 2 modelos animais PK (pequeno porte) (Eliminação e biodisponibilidade) Modelos híbridos (predição cinética/dinâmica) Modelos toxicocinéticos in vitro O medicamento candidato possui perfil farmacocinético promissor? Estudos toxicológicos Estudos PK adicionais (animais de maior porte) Modelos toxicológicos in silico Modelos PK/PD Etapa clínica Modit NB. Pharmacokinetics and metabolism in drug discovery and preclinical development Schoenwald RD eds. Pharmacokinetics in drug discovery and development CRC Press Boca Raton

6 Estratégias In vitro/ex vivo Modelos que utilizam células ou tecidos em cultura In silico Bancos de dados e modelos computacionais que auxiliam na predição do comportamento da droga In vivo Experimentação em animais

7 SEGURANÇA E EFICÁCIA Modelos in vitro/ex vivo Modelos celulares: aplicados a P&D farma-biotec Permitem testes toxicológicos em linhagens específicas Maior rapidez e precisão Segurança e potencial redução de uso de animais 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

8 SEGURANÇA E EFICÁCIA Modelos in vitro/ex vivo Cardiomiócitos* Epitélio pigmentado da retina* Queratinócitos* Hepatócitos Neurônios Benefícios: Seleção mais apropriada de droga candidata Potencial redução de uso de animais youtu.be/ochlispxbhe (Fonte: CellSeq, Belo Horizonte, Brasil) * disponíveis localmente

9 SEGURANÇA Carcinogenicidade Ensaios in vitro de transformação celular (CTAs) Aplicação: produtos químicos (não biológicos); Identificação de carcinógenos genotóxicos ou não; Detecção de atividades iniciadoras e promotoras de tumores. Modelos validados: ECVAM: Bhas 42 (fibroblastos embrionários de murinos transformados) OECD: SHE (células embrionárias de hamster sírio) Benefícios: Triagem de moléculas candidatas Potencial redução de uso de animais EURL : OECD:

10 SEGURANÇA Genotoxicidade O teste do micronúcleo Aplicação: produtos químicos (não biológicos); Avaliação do potencial de indução de anomalias cromossômicas numéricas e estruturais (células de mamíferos). Modelos validados: OECD: cultura primária de linfócitos periféricos humanos ou de outros mamíferos Se tivéssemos este teste quando do lançamento da Talidomida... Benefícios: Triagem de moléculas candidatas Potencial redução de uso de animais OECD:

11 SEGURANÇA Genotoxicidade O teste de Ames Aplicação: produtos químicos (não biológicos); Potencial de induzir mutações de ponto (substituição, adição ou deleção de um ou poucos pares de bases do DNA). Modelo validado: Teste de mutação reversa em linhagens de S. typhimurium e E. coli (reversão da capacidade de crescimento em meios sem determinados aminoácidos). Benefícios: Triagem de moléculas candidatas Potencial redução de uso de animais OECD:

12 SEGURANÇA Imunogenicidade 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

13 O exemplo dos mab Receptores Fc: presentes na superfície de células do sistema imunológico; se ligam especificamente à porção Fc de anticorpos ligados a patógenos ou células infectadas e induzem reações citotóxicas. Os receptores Fc podem reconhecer anticorpos terapêuticos ligados a antígenos nas células-alvo da terapia, deflagrando reações citotóxicas indesejadas contra essas células. Uma estratégia para evitar tal efeito imunogênico é a remoção dos glicanos da porção Fc do anticorpo terapêutico, o que impede a interação com os receptores Fc das células do sistema imunológico.

14 SEGURANÇA Citotoxicidade in vitro * Significativamente reduzido P<0.005 Se tivéssemos este teste quando do plano de desenvolvimento de Grepafloxacina, Sparfloxacina, etc... Talbert, D., et al. Multiparamenter in vitro testing of drug induced cardiac toxicity. QLabs

15 SEGURANÇA Toxicidade Modelos in silico de avaliação Estudos toxicológicos in vivo Vias celulares, interação com receptores e outras moléculas Modelagem molecular ÔMICAS vs Potencial toxicidade Benefícios: Seleção mais apropriada de droga candidata Potencial redução de uso de animais

16 EFICÁCIA Simulações farmacocinéticas/dinâmicas Modelos in silico 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:

17 EFICÁCIA Farmacocinética /dinâmica: O caso dos antitumorais Model-predicted ( ) and observed carboplatin plasma (A) and tumor (B) concentrations in rats bearing intraperitoneal NuTu19 tumors, a preclinical model of ovarian cancer. Benefícios: Seleção mais apropriada de droga candidata Potencial redução de uso de animais Auxílio do desenho de estudo clínico Gallo J M et al. Clin Cancer Res 2004;10:

18 Concentração Concentração EFICÁCIA Farmacocinética /dinâmica: O caso dos antimicrobianos PK PD Dose Curva Sérica Conc vs. Tempo Penetração Tecidual / Liq. Biológicos Conc vs. Tempo Efeito Toxicidade Absorção Distribuição Eliminação Concentração no sítio infecioso Atividade Antimicrobiana (marcador de potência - CIM) C max :CIM AAC:CIM 0 Tempo (horas) 0 T>CIM Tempo (horas) CIM

19 EFICÁCIA Estudo cinético in silico 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 Atbdo Y uso de animais) Benefícios: Seleção de dose mais apropriada de droga candidata Potencial redução de número de animais Auxílio do desenho de estudo clínico Software NONMEM, USCF, EUA Dados internos da GC-2 proibida a reprodução

20 % 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 EFICÁCIA Estudo cinético-dinâmico Software Crystal-Ball, Oracle, EUA Distribuição das MICs p/ ATB XY frente a P. aeruginosa 0.5 h infusão 1.0 h infusão 2.0 h infusão 3.0 h infusão Distribuição de MIC Benefícios: MIC (mg/l) Seleção de biomarcador mais adequado Auxílio do desenho de estudo clínico Estudos pré-clínicos melhor definidos Dados internos da GC-2 proibida a reprodução

21 Modelos in vitro / ex vivo: Conclusões 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