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

Estratégias de redução do uso de animais em estudos pré ... · bearing intraperitoneal NuTu19 tumors, a preclinical model of ovarian cancer. Gallo J M et al. Clin Cancer Res 2004;10:8048-8058

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  • 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

    http://youtu.be/OcHlisPxbHEhttp://youtu.be/OcHlisPxbHE

  • • 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 reduzidoP

  • 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