Pharmaceutical Medicine
Introductie
3e golf: genetische GM
- Beh van onderliggende oorzaak ipv
symptomen (vnl zeldzaam of van genetische
oorsprong) → ziekte veranderen
- Innovatieve therapie (bv siRNA)
2e golf: biologicals
- Specifiek ontw obv kennis over hun target
- Ziekte modyfing
- Voordeel: minder off-target effecten (wel:
allergie mog → gevolg: verminderde
activiteit)
1e golf: Small molecules
- Door screening van chemische verbindingen
- Vnl symptomatische beh
- Nadeel: off-target effecten en toxiciteit
kunnen onbedoeld andere processen in het
lichaam beïnvloeden)
De levenscyclus van een GM
GM-ontwikkeling
1. Ontdekking: kost geld (10-20j)
o Fase 1: preklinische fase
o Fase 2
o Fase 3
2. Marktlancering: verdient geld
3. Verlies van marktexclusiviteit: daling van
rendement of verdwijnen van de markt
wegens opkomst van generieke
producten
Ontdekking van GM
- Target selectie: een geschikt moleculair doelwit identificeren dat betrokken is bij een ziekte (bv eiwit)
- Target validatie: Bevestigen dat dit doelwit een belangrijke rol speelt in de ziekte en dat beïnvloeding ervan een
Exploratory/early development
therapeutisch effect kan hebben
- Zoeken naar en selectie van NME: een nieuw molecuul dat mogelijk als GM kan worden ontwikkeld
GM-ontwikkeling: preklinische en klinische ontwikkeling → kwaliteitsstandaarden
- Preklinische ontwikkeling (Non-clinical development) → onderzoeken of het potentiële GM veilig en werkzaam is
in laboratorium- en dierstudies voordat het op mensen wordt getest
o Non-clinical ADME: onderzoeken hoe het GM in het lichaam wordt opgenomen, verdeeld,
gemetaboliseerd en uitgescheiden
o Toxicologie/Safety pharmacology: mogelijke giftige effecten en veiligheid bestuderen
o Farmaceutische ontwikkeling: een geschikte formulering (bv pil, injectie) en productiemethode ontw
- Klinische ontwikkeling (C linical development) → ethische standaarden!
o Fase 1: onderzoek naar veiligheid bij een klein aantal gezonde vrijwilligers
o Fase 2: effectiviteit en verdere veiligheidsbeoordeling bij een groep patiënten evalueren
Confirmatory/late development
o Fase 3: grootschalige studies om veiligheid en effectiviteit te bevestigen, vaak vereist voor goedkeuring
door regelgevende instanties (zoals EMA of FDA)
o (Fase 4 post-marketing studies): onderzoek naar langetermijneffecten na goedkeuring)
Lancering en marktlevenscyclus → regulaties
- Na succesvolle klinische studies en goedkeuring wordt het GM gelanceerd op de markt
- Gedurende een periode van marktexclusiviteit heeft de fabrikant het alleenrecht om het GM te verkopen
- Na verloop van tijd vervalt dit recht → productie van generieke versies door andere bedrijven
,Drug Discovery And Design
Introductie
Beheer
First-in-class = 1e GM met een nieuw WM voor de
- Strategisch: is het wenselijk om te doen?
behandeling van een ziekte (nieuw target of
o Onvervulde medische behoefte (heden vs toekomst)
innovatieve benadering)
o Marktanalyse: kansen, risicobeoordeling
Last-follower = GM ontw kort na first-in-class met
- Wetenschappelijk/technisch: kan het worden gedaan? een gelijkaardig WM
o Modellen, (gevalideerde) doelen? Me-too = een nog latere variant zonder innovaties
o Verbindingen? Octrooien? (werkt op zelfde manier als bestaande GM) hogere
o First-in-class, fast follower, best-in-class, me-too? effectiviteit vs geen toegevoegde waarde
- Operationeel: kunnen we het? Best-in-class = GM met beste eig binnen zijn klasse
o Personeel en expertise? (bv minste bijwerkingen, hoogste effectiviteit)
o Faciliteiten, kosten?
- Uitdagingen van GMontwikkeling: langdurig en kostbaar proces met grote risico’s
Preklinisch model → werkelijke situatie
- Probeer mbv allerlei modellen zo dicht mogelijk bij de werkelijke situatie te komen
- Preklinisch model: realiteit van een ziekte zo goed mogelijk proberen te benaderen, maar is een vereenvoudigde
en minder accurate weergave
- Klinische studies: hier wordt duidelijk hoe goed een GM werkt bij patiënten (resultaten)
Objectief ontwerp en ontdekking van GM
- Identificeren van farmacologische actieve moleculen (waarvoor duidelijke aanwijzingen zijn)
- Een gewenst effect in het lichaam
- Zonder toxociteit
In preklinische fase: vaak bewijs dat een molecule effectief kan zijn, maar blijft slechts een indicatie → bevestiging
in klinische studies (preklinische modellen = proxies → geven een voorspelling van de realiteit)
proces van GMontwikkeling 1. high-throughput screening (HTS): duizenden chemische
verbindingen worden getest op hun potentieel als GM →
identificatie van 1e hits (moleculen met een gewenst effect op
een target)
2. Hit-to-lead: meest veelbelovende hits worden verder
onderzocht en geoptimaliseerd mbv oa structure-activity
relationship (SAR)-analyses → meest effectieve en veillige
verbindingen selecteren
3. Lead-optimalisatie: overblijvende stoffen worden verfijnd →
chemische eig verbeteren om effectiviteit en veiligheid te
maximaliseren (overblijvers → verdere preklinische
ontwikkeling)
4. Preklinische veiligheidsstudie
- Genetische toxicologie: schadelijke mutaties?
- Veiligheidsfarmacologie: bijwerkingen zijn op vitale organen
(bv hart)?
- Toxiciteitsstudies in dieren
Flexibiliteit Regulering en goedkeuring
- Van HTS tot kandidaat selectie - Preklinische fase succesvol → klinische studies
- Verschillende strategieën - Proces gereguleerd door oa FDA (Food and Drug
o Phenotypische screening: zoeken naar Administration) en EMA (European Medicines
stoffen met een gewenst effect zonder Agency)
een specifiek target te kennen
o Target-based drug discovery: richten op
een specifiek eiwit of receptor
- Aanpak is afh van ziektegebied en beschikbare
technologieën
,Biologie: doelwit obv fenotypische ontdekking
Effect van verbindingen op een fenotype bekijken, daarna pas identificatie van de target
Review 1: Hoe zijn nieuwe GM ontdekt?
Onderzoek naar antitumorale verbindingen
In-vitro-antiproliferatie-assay (cellen)
Tumorcellen: ongecontroleerd delen en groeien → anti-proliferatie-assay: kan
kandidaat-GM deze celdeling remmen?
Cellen blootgestellen aan versch C van het GM: hoge → lage doses
Effect te meten adh van een kleurenreactie
- Levendige tumorcellen hebben actieve mitochondriën met enzymen die de
toegevoegde stof omzetten van een gele naar paarse kleur
- Hoe meer paarse kleur, hoe meer levende cellen; hoe lichter de kleur, hoe
meer cellen afgestorven zijn
Snel en visueel om te beoordelen of een kandidaat-GM tumorcelgroei kan remmen
Muizen injecteren met tumorcellen → 2 groepen: behandeld (met kandidaat-
In vivo antitumorale test (dier) GM) en controle
Tumorgroei meten over tijd om de effectiviteit van het GM te bepalen
- Grijze lijn: tumorgroei bij onbehandelde muizen
- Paarse lijn: tumorgroei bij behandelde muizen
Resultaat: behandelde groep vertoonde een significante afname in
tumorgrootte → suggereert dat de verbinding werkzaam is tegen tumorgroei
Ook kijken naar toxiciteit → belangrijke parameter: lichaamsgewicht
(gewichtsverlies kan erop wijzen dat het GM niet goed verdragen wordt)
Eiwit-tyrosine kinase Nadelen: traag + ethische overwegingen en strikte regelgeving
Kankercellen: abnormale activatie van receptor-tyrosinekinasen → ongecontroleerde
celsignalering en tumorgroei
1. Activerende mutaties: receptor is permanent actief (ook zonder ligandbinding)
2. Genamplificatie: overmaat aan receptor geproduceert → overmatige signalering
Kinasen spelen een sleutelrol in kankerprogressie → zijn belangrijke doelwitten voor therapieën
Tyrosinekinaseremmers (TKI’s): remmen tumorgroei af door activiteit van de enzymen te
blokkeren
A = gezond / B ≠ gezond → verhoogde amplificatie van het gen → functie is versterkt
In vitro kinase-assay (enzym)
Doel: specifieke kinase-inhibitoren zoeken
In-vitro kinase-assay: gezuiverd enzym testen om te bepalen of
een bepaalde stof de kinase-activiteit remt
Methode
1. 96-well plaat assay met een geïmmobiliseerd
polypeptide
2. Kinase van interesse toevoegen
3. Kinase actief: fosforylering van polypeptide
4. Monoklonaal AL koppelen aan HRP → blauwe
kleurreactie bij fosforylering na toevoeging van substraat
Remt verbinding de kinase-activiteit: geen
fosforylering → geen blauwe kleur
, Methode
1. Genetisch gemodificieerde cellijn: β-galactosidase is
In vitro kinase-assay (reportercellijn) opgesplitst in 2 inactieve delen
2. Ene deel gekoppeld aan SH2-domein (eiwitdomein dat
fosforylering herkent)
3. Wanneer een ligand bindt aan een tyrosinekinase-R →
receptor-eiwit wordt gefosforyleerd → SH2-domein kan
binden
4. 2 delen van β-galactosidase samengebracht → enzym wordt
actief
5. Kinase meten: luminescentie-gebaseerde readout
Potentiële kinase-remmers identificeren en hun effectiviteit
bepalen
Assays geschikt voor HTS Assays niet geschikt voor HTS
- Celgebaseerde antitumorale assays Diermodellen (bv muismodellen) niet
- Enzymatische kinase-assays o Traag
- Binding-assays o Hoge kosten
o Ethische bezwaringen
Waarom is HTS belangrijk? → mog om grote chemische bibliotheken snel te testen
o Meer verbindingen in minder tijd screenen
o Sneller veelbelovende kandidaat-moleculen identificeren
o Kosten van preklinisch onderzoek verlagen
In silico GMontwerp (PC)
Na hit → in silico drug design (begrijpen hoe hit bindt aan doelwit → optimalisatie)
- Visualisatie van binding adhv moleculaire docking-simulaties → affiniteit en
speciteit begrijpen
- Optimalisatie van hits
o Structuur-Activiteit Relatie: bepalen welke delen van de verbinding
cruciaal zijn voor de activiteit
o Chemische optimalisatie: selectiviteit, bindingsaffiniteit en
farmacokinetiek
Drug discovery
Fenotypische screening: gericht op observatie vd effecten op een
organisme (geen specifieke kennis van target vereist) → enkel
gericht op fenotype (zichtbare effecten op celgroei)
Target-based screening: kennis van target is vereist → meer
gericht (mog interactie tussen verbinding en target te bestuderen)
→ meer mog voor optimalisatie van verbindingen
Structure-based drug design: moleculaire modellen gebruiken om
te begrijpen hoe een verbinding zich bindt aan een specifiek
doelwit → kan helpen verbindingen te optimaliseren en affiniteit
te verhogen
Fenotypische Drug discovery (PDD)
- Empirische methode gebaseerd op waarneembare kenmerken (uitlezingen) van een organisme (cel, dier)
- Voordelen
o “Target unbiased" benadering: kennis van pathomechanistische details overbodig
o Verhoogde kans op eersteklas medicatie?
o Ook in vivo: indirect, ook ADME getest
- Nadelen
o Geen kennis van het doel: hoe de structuur optimaliseren?
o Vaak lage doorvoer (in vivo)
Introductie
3e golf: genetische GM
- Beh van onderliggende oorzaak ipv
symptomen (vnl zeldzaam of van genetische
oorsprong) → ziekte veranderen
- Innovatieve therapie (bv siRNA)
2e golf: biologicals
- Specifiek ontw obv kennis over hun target
- Ziekte modyfing
- Voordeel: minder off-target effecten (wel:
allergie mog → gevolg: verminderde
activiteit)
1e golf: Small molecules
- Door screening van chemische verbindingen
- Vnl symptomatische beh
- Nadeel: off-target effecten en toxiciteit
kunnen onbedoeld andere processen in het
lichaam beïnvloeden)
De levenscyclus van een GM
GM-ontwikkeling
1. Ontdekking: kost geld (10-20j)
o Fase 1: preklinische fase
o Fase 2
o Fase 3
2. Marktlancering: verdient geld
3. Verlies van marktexclusiviteit: daling van
rendement of verdwijnen van de markt
wegens opkomst van generieke
producten
Ontdekking van GM
- Target selectie: een geschikt moleculair doelwit identificeren dat betrokken is bij een ziekte (bv eiwit)
- Target validatie: Bevestigen dat dit doelwit een belangrijke rol speelt in de ziekte en dat beïnvloeding ervan een
Exploratory/early development
therapeutisch effect kan hebben
- Zoeken naar en selectie van NME: een nieuw molecuul dat mogelijk als GM kan worden ontwikkeld
GM-ontwikkeling: preklinische en klinische ontwikkeling → kwaliteitsstandaarden
- Preklinische ontwikkeling (Non-clinical development) → onderzoeken of het potentiële GM veilig en werkzaam is
in laboratorium- en dierstudies voordat het op mensen wordt getest
o Non-clinical ADME: onderzoeken hoe het GM in het lichaam wordt opgenomen, verdeeld,
gemetaboliseerd en uitgescheiden
o Toxicologie/Safety pharmacology: mogelijke giftige effecten en veiligheid bestuderen
o Farmaceutische ontwikkeling: een geschikte formulering (bv pil, injectie) en productiemethode ontw
- Klinische ontwikkeling (C linical development) → ethische standaarden!
o Fase 1: onderzoek naar veiligheid bij een klein aantal gezonde vrijwilligers
o Fase 2: effectiviteit en verdere veiligheidsbeoordeling bij een groep patiënten evalueren
Confirmatory/late development
o Fase 3: grootschalige studies om veiligheid en effectiviteit te bevestigen, vaak vereist voor goedkeuring
door regelgevende instanties (zoals EMA of FDA)
o (Fase 4 post-marketing studies): onderzoek naar langetermijneffecten na goedkeuring)
Lancering en marktlevenscyclus → regulaties
- Na succesvolle klinische studies en goedkeuring wordt het GM gelanceerd op de markt
- Gedurende een periode van marktexclusiviteit heeft de fabrikant het alleenrecht om het GM te verkopen
- Na verloop van tijd vervalt dit recht → productie van generieke versies door andere bedrijven
,Drug Discovery And Design
Introductie
Beheer
First-in-class = 1e GM met een nieuw WM voor de
- Strategisch: is het wenselijk om te doen?
behandeling van een ziekte (nieuw target of
o Onvervulde medische behoefte (heden vs toekomst)
innovatieve benadering)
o Marktanalyse: kansen, risicobeoordeling
Last-follower = GM ontw kort na first-in-class met
- Wetenschappelijk/technisch: kan het worden gedaan? een gelijkaardig WM
o Modellen, (gevalideerde) doelen? Me-too = een nog latere variant zonder innovaties
o Verbindingen? Octrooien? (werkt op zelfde manier als bestaande GM) hogere
o First-in-class, fast follower, best-in-class, me-too? effectiviteit vs geen toegevoegde waarde
- Operationeel: kunnen we het? Best-in-class = GM met beste eig binnen zijn klasse
o Personeel en expertise? (bv minste bijwerkingen, hoogste effectiviteit)
o Faciliteiten, kosten?
- Uitdagingen van GMontwikkeling: langdurig en kostbaar proces met grote risico’s
Preklinisch model → werkelijke situatie
- Probeer mbv allerlei modellen zo dicht mogelijk bij de werkelijke situatie te komen
- Preklinisch model: realiteit van een ziekte zo goed mogelijk proberen te benaderen, maar is een vereenvoudigde
en minder accurate weergave
- Klinische studies: hier wordt duidelijk hoe goed een GM werkt bij patiënten (resultaten)
Objectief ontwerp en ontdekking van GM
- Identificeren van farmacologische actieve moleculen (waarvoor duidelijke aanwijzingen zijn)
- Een gewenst effect in het lichaam
- Zonder toxociteit
In preklinische fase: vaak bewijs dat een molecule effectief kan zijn, maar blijft slechts een indicatie → bevestiging
in klinische studies (preklinische modellen = proxies → geven een voorspelling van de realiteit)
proces van GMontwikkeling 1. high-throughput screening (HTS): duizenden chemische
verbindingen worden getest op hun potentieel als GM →
identificatie van 1e hits (moleculen met een gewenst effect op
een target)
2. Hit-to-lead: meest veelbelovende hits worden verder
onderzocht en geoptimaliseerd mbv oa structure-activity
relationship (SAR)-analyses → meest effectieve en veillige
verbindingen selecteren
3. Lead-optimalisatie: overblijvende stoffen worden verfijnd →
chemische eig verbeteren om effectiviteit en veiligheid te
maximaliseren (overblijvers → verdere preklinische
ontwikkeling)
4. Preklinische veiligheidsstudie
- Genetische toxicologie: schadelijke mutaties?
- Veiligheidsfarmacologie: bijwerkingen zijn op vitale organen
(bv hart)?
- Toxiciteitsstudies in dieren
Flexibiliteit Regulering en goedkeuring
- Van HTS tot kandidaat selectie - Preklinische fase succesvol → klinische studies
- Verschillende strategieën - Proces gereguleerd door oa FDA (Food and Drug
o Phenotypische screening: zoeken naar Administration) en EMA (European Medicines
stoffen met een gewenst effect zonder Agency)
een specifiek target te kennen
o Target-based drug discovery: richten op
een specifiek eiwit of receptor
- Aanpak is afh van ziektegebied en beschikbare
technologieën
,Biologie: doelwit obv fenotypische ontdekking
Effect van verbindingen op een fenotype bekijken, daarna pas identificatie van de target
Review 1: Hoe zijn nieuwe GM ontdekt?
Onderzoek naar antitumorale verbindingen
In-vitro-antiproliferatie-assay (cellen)
Tumorcellen: ongecontroleerd delen en groeien → anti-proliferatie-assay: kan
kandidaat-GM deze celdeling remmen?
Cellen blootgestellen aan versch C van het GM: hoge → lage doses
Effect te meten adh van een kleurenreactie
- Levendige tumorcellen hebben actieve mitochondriën met enzymen die de
toegevoegde stof omzetten van een gele naar paarse kleur
- Hoe meer paarse kleur, hoe meer levende cellen; hoe lichter de kleur, hoe
meer cellen afgestorven zijn
Snel en visueel om te beoordelen of een kandidaat-GM tumorcelgroei kan remmen
Muizen injecteren met tumorcellen → 2 groepen: behandeld (met kandidaat-
In vivo antitumorale test (dier) GM) en controle
Tumorgroei meten over tijd om de effectiviteit van het GM te bepalen
- Grijze lijn: tumorgroei bij onbehandelde muizen
- Paarse lijn: tumorgroei bij behandelde muizen
Resultaat: behandelde groep vertoonde een significante afname in
tumorgrootte → suggereert dat de verbinding werkzaam is tegen tumorgroei
Ook kijken naar toxiciteit → belangrijke parameter: lichaamsgewicht
(gewichtsverlies kan erop wijzen dat het GM niet goed verdragen wordt)
Eiwit-tyrosine kinase Nadelen: traag + ethische overwegingen en strikte regelgeving
Kankercellen: abnormale activatie van receptor-tyrosinekinasen → ongecontroleerde
celsignalering en tumorgroei
1. Activerende mutaties: receptor is permanent actief (ook zonder ligandbinding)
2. Genamplificatie: overmaat aan receptor geproduceert → overmatige signalering
Kinasen spelen een sleutelrol in kankerprogressie → zijn belangrijke doelwitten voor therapieën
Tyrosinekinaseremmers (TKI’s): remmen tumorgroei af door activiteit van de enzymen te
blokkeren
A = gezond / B ≠ gezond → verhoogde amplificatie van het gen → functie is versterkt
In vitro kinase-assay (enzym)
Doel: specifieke kinase-inhibitoren zoeken
In-vitro kinase-assay: gezuiverd enzym testen om te bepalen of
een bepaalde stof de kinase-activiteit remt
Methode
1. 96-well plaat assay met een geïmmobiliseerd
polypeptide
2. Kinase van interesse toevoegen
3. Kinase actief: fosforylering van polypeptide
4. Monoklonaal AL koppelen aan HRP → blauwe
kleurreactie bij fosforylering na toevoeging van substraat
Remt verbinding de kinase-activiteit: geen
fosforylering → geen blauwe kleur
, Methode
1. Genetisch gemodificieerde cellijn: β-galactosidase is
In vitro kinase-assay (reportercellijn) opgesplitst in 2 inactieve delen
2. Ene deel gekoppeld aan SH2-domein (eiwitdomein dat
fosforylering herkent)
3. Wanneer een ligand bindt aan een tyrosinekinase-R →
receptor-eiwit wordt gefosforyleerd → SH2-domein kan
binden
4. 2 delen van β-galactosidase samengebracht → enzym wordt
actief
5. Kinase meten: luminescentie-gebaseerde readout
Potentiële kinase-remmers identificeren en hun effectiviteit
bepalen
Assays geschikt voor HTS Assays niet geschikt voor HTS
- Celgebaseerde antitumorale assays Diermodellen (bv muismodellen) niet
- Enzymatische kinase-assays o Traag
- Binding-assays o Hoge kosten
o Ethische bezwaringen
Waarom is HTS belangrijk? → mog om grote chemische bibliotheken snel te testen
o Meer verbindingen in minder tijd screenen
o Sneller veelbelovende kandidaat-moleculen identificeren
o Kosten van preklinisch onderzoek verlagen
In silico GMontwerp (PC)
Na hit → in silico drug design (begrijpen hoe hit bindt aan doelwit → optimalisatie)
- Visualisatie van binding adhv moleculaire docking-simulaties → affiniteit en
speciteit begrijpen
- Optimalisatie van hits
o Structuur-Activiteit Relatie: bepalen welke delen van de verbinding
cruciaal zijn voor de activiteit
o Chemische optimalisatie: selectiviteit, bindingsaffiniteit en
farmacokinetiek
Drug discovery
Fenotypische screening: gericht op observatie vd effecten op een
organisme (geen specifieke kennis van target vereist) → enkel
gericht op fenotype (zichtbare effecten op celgroei)
Target-based screening: kennis van target is vereist → meer
gericht (mog interactie tussen verbinding en target te bestuderen)
→ meer mog voor optimalisatie van verbindingen
Structure-based drug design: moleculaire modellen gebruiken om
te begrijpen hoe een verbinding zich bindt aan een specifiek
doelwit → kan helpen verbindingen te optimaliseren en affiniteit
te verhogen
Fenotypische Drug discovery (PDD)
- Empirische methode gebaseerd op waarneembare kenmerken (uitlezingen) van een organisme (cel, dier)
- Voordelen
o “Target unbiased" benadering: kennis van pathomechanistische details overbodig
o Verhoogde kans op eersteklas medicatie?
o Ook in vivo: indirect, ook ADME getest
- Nadelen
o Geen kennis van het doel: hoe de structuur optimaliseren?
o Vaak lage doorvoer (in vivo)
