Sicurezza dei farmaci biologici: produzione e immunogenicità

Medicinale biologico

Secondo la definizione di AIFA, il farmaco medicinale biologico è il prodotto il cui PA è una sostanza prodotta o estratta da una fonte biologica e che richiede per la sua caratterizzazione e per la determinazione delle sue qualità una serie di esami fisico-chimico-biologico, e un rigoroso controllo del processo di produzione. Parlando di medicinale biologico ci si riferisce ai farmaci proteici (i più presenti sul mercato), ai vaccini antigenici, alla terapia antigenica e alla terapia cellulare (questi ultimi due ambiti sono prettamente ospedalieri).

Il processo produttivo

La differenza sostanziale tra i farmaci biologici e i farmaci di sintesi è il processo produttivo: per i farmaci biologici il processo produttivo non parte da sostanze chimiche con processi sintetici classici, ma parte da un microorganismo in cui vengono inseriti, con tecniche specifiche di biologia molecolare, dei segmenti di DNA che codificano per proteine di interesse biologico. Le sequenze sono inserite attraverso dei vettori virali, gli unici elementi che riescono a penetrare nel DNA dell'organismo ospite. Gli organismi ospite sono di norma cellule eucariotiche o cellule procariotiche, proprio perché più l'organismo è complesso più è difficile che il DNA sia accessibile. L'organismo batterico o l'organismo procariote semplice diventa un organismo ricombinante che, riproducendosi, nel giro di 18-24 h riesce a raddoppiare la sua popolazione producendo la proteina di interesse che viene poi prima isolata dai fermentatori dove il microorganismo cresce, e poi purificata, ottenendo così il prodotto necessario.

L'evoluzione dell'insulina

Il primo farmaco ricombinante immesso sul mercato nel 1980 in seguito all'autorizzazione dell'FDA è stata l'insulina ricombinante. All'inizio del secolo scorso veniva estratta dai cadaveri, però si erano presentati dei problemi legati alla disponibilità del campione e del processo di purificazione. C'è stato poi un passo avanti quando è stata riconosciuta l'omologia strutturale con l'insulina porcina, per cui si era un po' risolto il problema della fonte, ma rimaneva comunque sempre il problema del processo di estrazione e purificazione. La tecnica del DNA ricombinante ha fatto fare un salto esponenziale dal punto di vista produttivo perché ha eliminato completamente il problema della fonte (i batteri si riproducono nel corso della notte) e quello relativo alla purificazione ed estrazione della proteina, perché è molto più semplice fare un'estrazione da un brodo di fermentazione piuttosto che da un organo complesso.

1Bacterial cell lacZ gene (lactose breakdown) Human cell Isolate plasmid DNA and human DNA. Restriction site amp" gene (ampicillin resistance) Bacterial plasmid Gene of interest Sticky ends Cut both DNA samples with the same restriction enzyme. Insulin gene Mix the DNAs; they join by base pairing. The products are recombinant plasmids and many nonrecombinant plasmids. Recombinant DNA plasmids 1 Introduce the DNA into bacterial cells that have a mutation in their own lacz gene. O Recombinat bacteria manufacture insulin

L'insulina ricombinante viene fatta sviluppare da una cellula batterica, l'E. coli, in cui vengono inserite le due catene a e ß, che poi vengono riunite. Si tratta di una tecnica molto veloce, che quindi ha le caratteristiche di:

• Fonte illimitata
• Facile processo estrattivo
• Elevato grado di purezza
• Produzione su larga scala

Le tecniche sono relativamente semplici: si identifica la sequenza nucleotidica di interesse e la si taglia, si taglia anche il microorganismo, si integra la sequenza mediante vettori di espressione e si ha la riproduzione.

Le tecnologie di trasferimento genico

È una tecnica semplice che però condiziona tutto il processo produttivo: il farmaco dipende totalmente dal processo produttivo, e questo non esiste per le piccole molecole sintetizzate chimicamente. Le tecnologie di trasferimento genico dovrebbero soddisfare 5 requisiti importanti:

• La tecnica deve essere efficiente: il gene di interesse deve essere introdotto in un elevato numero di cellule
• Il gene deve essere stabile: una volta inserito deve rimanere a lungo nella cellula
• Il processo deve essere funzionale: il gene deve dare origine ad una proteina funzionante
• La tecnica deve essere sicura: l'introduzione del gene non deve provocare rischi al paziente (sono oncogeni)

2- La procedura deve essere applicabile: deve essere operativamente fattibile e riproducibile

Medicinali biologici

Aspirina 21 atomi Farmaco chimico Ormone umano della crescita 3.000 atomi Farmaco biologico a struttura semplice Anticorpo monoclonale 25.000 atomi Farmaco biologico a struttura complessa I medicinali biologici differiscono dalle nuove entità chimiche per molti aspetti, tra i quali:

• Il PM (180 per acido acetilsalicilico e 150.000 per anticorpo monoclonale)
• La complessità strutturale (21 atomi per aspirina contro 25.000 per anticorpo monoclonale)
• Stabilità del prodotto finale
• Profilo delle impurezze

Sono tutte proteine con diverso grado di glicosilazione, la quale condiziona molto la farmacocinetica (ADME).

Farmaci proteici

I problemi correlati ai farmaci proteici sono:

• Scarso assorbimento orale: la somministrazione è parenterale
• Solitamente sono proteine o sono simili a proteine
• Spesso sono antigeniche: vengono riconosciute come estranee dal nostro organismo
• Hanno una breve emivita biologica: vengono degradate velocemente da enzimi del nostro organismo
• Provocano una risposta immune causando una ridotta efficacia terapeutica in seguito a formazione di anticorpi

3Considerazioni farmaco-tossicologiche Le considerazioni farmaco-tossicologiche da fare riguardano:

• L'attività farmacologica è specifica: con le piccole molecole ci sono effetti di classe, mentre con il farmaco biologico non si possono fare queste caratterizzazioni di classe, ogni molecola è un mondo a sé stante, non ci sono relazioni struttura-attività.
• Il meccanismo d'azione: ogni molecola necessita di una valutazione singola, perché ogni molecola ha un meccanismo d'azione specifico.
• Il dosaggio e le vie di somministrazione previste: la dose e la via di somministrazione è specifica per ogni molecola
• Lo stato clinico del ricevente
• L'indicazione profilattica/terapeutica/diagnostica: si può avere un uso profilattico, come con i vaccini, terapeutico, come con l'insulina o con gli anticorpi monoclonali, o diagnostico, dove alcuni anticorpi monoclonali bersagliano antigeni specifici presenti soprattutto nei tumori.
• I risultati delle indagini cliniche preliminari

Impiego terapeutico

Anche la durata della terapia cambia da medicinale a medicinale:

• Breve termine/regime acuto: singola iniezione (es. vaccini)
• Regime intermedio: iniezioni ripetute (tPA: attivatori del fattore tissutale del plasminogeno)
• Somministrazione prolungata: anni (HGH: ormone della crescita)
• Terapia sostitutiva cronica: ormonale e/o genetica (insulina, fattore VIII).

Complessità del farmaco biologico

I farmaci biologici sono complessi da tutti i punti di vista (sono limitati anche nell'ambito della loro conoscenza, spesso sono farmaci pleiotropici, quindi attivano cascate di segnalazioni che accontano per percorsi biologici molto complessi):

• Campo di utilizzo del farmaco
• Capacità del clinico di valutare nel singolo paziente efficacia e sicurezza

4- Numero di indicazioni e diversità di queste tra loro

• Conoscenze sul meccanismo d'azione
• Aspetti tossicologici

Spesso sono indirizzati a patologie croniche, senza soluzione terapeutica, e sono associati ad una richiesta di cura e questo può legittimare ad una immissione sul mercato molto più rapida, prima che siano completate tutte le sperimentazioni precliniche a supporto della loro sicurezza. Sono entrati nella pratica clinica portando a risultati combattuti che hanno fatto riconsiderare tutto il processo: si pensava che dato che si usano proteine non ci sarebbero state tossicità ma ciò non si è dimostrato realistico e perciò si è tornati indietro nelle varie considerazioni.

Chimico VS biologico

FARMACO BIOFARMACO Indipendente dalla specie. Nella fase preclinica quando la normativa lo richiede infatti si fanno gli studi sul modello animale, la specie a più basso livello neurologico che possa dare una risposta attendibile. Specie-specifico. I farmaci ottenuti tramite la tecnica del DNA ricombinante producono prodotti omologhi a quelli umani in quanto prodotti a partire da un gene umano che esprime una determinata proteina. La scelta del modello sperimentale animale è critica in quanto sbagliando la scelta è possibile che non venga rilevata l'attività o che questa sia una risposta esagerata/alterata. Non immunogenico Immunogenico Metabolizzato Degradato Tossicità Il tratto tossicologico fondamentale è quello dell'immunogenicità legata al farmaco, al modello sperimentale, ai tempi e alla dose di somministrazione. Si parla più che di tossicità di esagerata risposta farmacologica a dose alta. Non ci si può permettere gli studi alla massima dose tollerata, ma alla massima dose farmacologica di trattamento. Azione rapida Azione prolungata pleiotropica, cioè agisce su percorsi biologici più complessi Curva dose-risposta lineare Curva dose-risposta a campana Effetti diretti Complesse relazioni temporali legate all'azione pleiotropica Via di somministrazione orale Via di somministrazione parenterale Generici Bio-similari Prodotto per sintesi chimica Prodotto da colture di cellule viventi Basso PM Alto PM Struttura ben definita Struttura complessa ed eterogenea FARMACO BIOFARMACO Per la maggior parte è indipendente dal processo di produzione che non ha quindi un ruolo così incisivo e può essere modificato per abbattere i costi o rispondere ad esigenze ambientali. Fortemente dipendente dal processo produttivo Completamente caratterizzato dal punto di vista strutturale Impossibile caratterizzare completamente la composizione e l'eterogeneità della molecola Stabile Instabile, sensibile alle condizioni esterne 5