Vienas iš pagrindinių iššūkių kuriant vaistus yra nuspręsti, ar ikiklinikinių tyrimų metu pastebėtas farmakologinis poveikis pasireikš ir žmonėms. Kandidatas gali parodyti įtikinamą gyvūnų modelio veiksmingumą ir vis tiek nesuteikti laukiamo klinikinio atsako. Dažnai trūkstamas gabalas yra biologinis mechanizmas, pakankamai gerai apibūdinamas, kad būtų galima numatyti jo elgesį antroje rūšyje.
Ta pati molekulė sukelia skirtingus atsakus skirtingoms rūšims, nes skiriasi taikinio ekspresija, receptorių pasiskirstymas, vaistų metabolizmas, audinių ekspozicija, imuninis reguliavimas ir ligos biologija. Todėl gyvūnų modelio patobulinimas savaime nereiškia, kad mechanizmas duos klinikinės naudos.
Biomarkeriai suteikia galimybę dirbti su šia spraga. Matuojant pokyčius, susijusius su vaistų poveikiu, tiksliniu įsitraukimu, kelio moduliavimu ir atsaku į ligą, programa gali nustatyti kiekybinius ryšius tarpfarmakokinetika (PK)irfarmakodinamika (PD). Tie santykiai nurodo, kiek reikia poveikio, kokie biologiniai mechanizmai yra paveikti ir ar pastebėtas atsakas yra susijęs su žmogaus liga.
Transliacinės medicinos tikslas yra nuosekli sistema: ikiklinikiniai matavimai informuoja apie klinikinius sprendimus, o klinikiniai stebėjimai peržiūri ikiklinikines hipotezes. Kandidatų žymeklių sąrašas nėra rezultatas.
1. Kuo biomarkeris naudingas kuriant vaistus?
Biomarkeris yra išmatuojama charakteristika, rodanti biologinį procesą, patogeninį procesą arba atsaką į intervenciją. Molekuliniai matavimai, ląstelių charakteristikos, fiziologiniai parametrai, vaizdo gavimo rezultatai ir objektyviai kiekybiškai įvertinti elgesio pokyčiai yra tinkami.
Jų vertė priklauso nuo biologinio klausimo, į kurį jie turi atsakyti. Kuriant vaistus pasikartoja penkios kategorijos.
Farmakodinaminiai biomarkeriaiparodyti, kad po dozavimo įvyko biologinis atsakas: citokinų koncentracija, signalinių baltymų fosforilinimas, genų ekspresija, metabolinis aktyvumas.
Tiksliniai įtraukimo biomarkeriairodo, kad vaistas sąveikavo su numatytu molekuliniu taikiniu. Receptorių užimtumas, taikinio surišimas ir su taikiniu susijusių signalizacijos takų slopinimas yra įprasti rodmenys.
Nuspėjamieji biomarkeriainustatyti pacientus, kurie labiau linkę reaguoti į tam tikrą gydymą. PD-L1 išraiška ir BRCA1/2 pakeitimai yra nustatyti pavyzdžiai apibrėžtose terapinėse nuostatose.
Prognostiniai biomarkeriaiapibūdinti galimą ligos eigą nepriklausomai nuo konkretaus gydymo.
Saugūs biomarkeriaipažymėti galimą su gydymu susijusį toksiškumą arba fiziologinį sutrikimą.
Kategorijos nėra tarpusavyje nesuderinamos. Priklausomai nuo tyrimo konteksto, vienas biomarkeris gali turėti skirtingos rūšies informaciją.
Pagal numatytuosius nustatymus biologinis žymeklis taip pat nėra klinikinis arba pakaitalas. Cirkuliuojančio uždegiminio žymens sumažėjimas rodo biologinį aktyvumą; tai nenurodo, kad pacientas patirs reikšmingą klinikinį pagerėjimą. Biologinio žymens pokyčio susiejimas su klinikiniu rezultatu reikalauja atskirų įrodymų.
Šis skirtumas formuoja viską pasroviui. Pokyčių matavimas yra nesudėtinga dalis. Sunkiau suprasti, ką pokytis reiškia terapiniam veiksmingumui.
2. Ikiklinikinis fondas: narkotikų poveikio susiejimas su biologiniu atsaku
Naudingiausias biomarkerių indėlis ikiklinikinio vystymosi metu yra ryšys tarp vaistų poveikio ir farmakologinio aktyvumo.
Įprastas veiksmingumo tyrimas rodo, kad gydymas pagerina su liga susijusią baigtį. Pati savaime nenurodoma, ar poveikis atsirado dėl tinkamo tikslinio įsitraukimo, moduliavimo pasroviui, ar netiesioginio biologinio atsako.
Informatyvesnis dizainas nustato tris susijusius ryšius: vaisto poveikį, tikslinį įsitraukimą ir farmakodinaminį atsaką. Kiekvienas atsako į skirtingą klausimą.
Vaistų poveikis: kiek narkotikų pasiekia atitinkamą biologinį skyrių?
Farmakokinetikos tyrimai apibūdina vaisto absorbciją, pasiskirstymą, metabolizmą ir eliminaciją. Koncentracija plazmoje yra svarbus atskaitos taškas, tačiau jis yra poveikio vietoje, o kartais ir prastas, rodiklis.
Vaistų, nukreiptų į centrinę nervų sistemą, vien tik ekspozicija plazmoje mažai pasako apie koncentraciją smegenų audinyje. Antikūnai ir kiti dideli biologiniai preparatai pasiskirsto kitaip nei mažos molekulės dėl priežasčių, kurios neatitinka koncentracijos plazmoje.
Priklausomai nuo terapinio mechanizmo, svarbūs matavimai apima bendrąją ir nesusijusią koncentraciją plazmoje, koncentraciją audiniuose, koncentraciją smegenų skystyje arba vietinį vaistų pasiskirstymą.
Tikslinis įsitraukimas: ar vaistas sąveikauja su numatytu taikiniu?
Tikslinis įsitraukimas susieja vaistų poveikį su farmakologine veikla.
Į receptorius nukreiptų antikūnų atveju receptorių užimtumas (RO) įvertina turimų receptorių, kuriuos suriša vaistas, dalį. Kinazės inhibitoriams tikslinio fosforilinimo arba pasroviui skirtų signalinių baltymų pokyčiai rodo, kad slopinamas kelias. Bet kuriuo atveju matavimas atsako, ar suleista dozė sukėlė pakankamą biologinę sąveiką su numatomu taikiniu.
Farmakodinaminis atsakas: ar įtraukimas į taikinį sukelia laukiamą biologinį poveikį?
Įrišimas nėra tas pats, kas atsakymas. Vaistas gali užimti savo tikslą nesukurdamas pakankamo tolesnio kelio moduliavimo, ypač kai yra susiję kompensaciniai mechanizmai arba pertekliniai signalizacijos keliai.
PD biomarkeriai prideda tą įrodymų sluoksnį.
Pavyzdžiui, kinazės inhibitorius sumažina numatyto tikslo fosforilinimą, tada perkelia signalinius baltymus ir galiausiai perkelia su liga susijusį galutinį tašką. Visų trijų lygių matavimas atskiria tiesioginį taikinio slopinimą nuo platesnio biologinio poveikio.
Poveikio ir atsako santykio kiekybinis įvertinimas
Kai pasiekiami poveikio ir farmakodinaminiai matavimai, modelis gali apibūdinti jų ryšį.
Dažnas pasirinkimas yra Emax modelis:
E(C)=E0 + (Emax x C) / (EC50 + C)
čia E(C) yra pastebėtas farmakologinis poveikis esant C koncentracijai, E0 – pradinis poveikis, Emax – didžiausias pasiekiamas poveikis, o EC50 – koncentracija, susijusi su 50 % to maksimumo.
Sudėtingesni modeliai prideda uždelsto atsako, netiesioginio atsako mechanizmų, receptorių apykaitos arba nuo laiko priklausomų vaistų poveikio pokyčių.
Praktinis pelnas yra ekspozicijos diapazonas, o ne viena dozė. Užuot vartojusią dozę, kuri sukėlė didžiausią pastebėtą poveikį atliekant tyrimą su gyvūnais, programa gali nustatyti mažiausią ekspoziciją, reikalingą taikinio įsitraukimui, ir ekspoziciją, susijusią su tinkamu PD atsaku. Tai yra racionalesnis pagrindas nustatant dozes ir poveikio tikslus vėlesniuose klinikiniuose tyrimuose.
3. Nuo tyrimų su gyvūnais iki pirmosios dozės parinkimo žmogui
Pradinės klinikinės dozės parinkimas yra vienas aiškiausių ikiklinikinių PK/PD ir biologinių žymenų duomenų panaudojimo būdų.
Neklinikiniai toksiškumo tyrimai paprastai suteikia saugos pagrindą: nepastebimo žalingo poveikio lygis (NOAEL), konvertuojamas į ekvivalentinę dozę žmogui (HED), tada padalytas iš atitinkamo saugos koeficiento.
Tačiau labai stipriam arba stipriai biologiškai aktyviam junginiui pradinė dozė, gauta tik atlikus toksikologinius stebėjimus, gali nepaisyti farmakologijos. Monokloniniai antikūnai, imunomoduliatoriai ir kiti tiksliniai terapiniai preparatai dažnai sukelia reikšmingą biologinį poveikį santykinai mažomis koncentracijomis.
Minimalus numatomas biologinio poveikio lygis (MABEL) apima tą atvejį. Remiantis turimais farmakologiniais ir neklinikiniais įrodymais, MABEL įvertina dozę arba ekspoziciją, kuri, kaip tikimasi, turės minimalų biologinį poveikį žmonėms, ir paprastai apima:
- Tikslinė išraiška ir rišimosi charakteristikos.
- In vitro koncentracijos ir atsako duomenys.
- Receptorių užimtumas ir tikslinis įsitraukimas.
- Funkcinė veikla atitinkamose biologinėse sistemose.
- PK ir PD santykiai tarp eksperimentinių modelių.
- Farmakologijos ir tikslinės biologijos rūšių skirtumai.
MABEL nepakeičia NOAEL pagrįsto vertinimo kiekvienoje plėtros programoje. Taip pat atsižvelgiama į farmakologiją ir svarbiausia, kai per didelis taikinio aktyvinimas ar slopinimas sukelia rimtų pasekmių.
TGN1412 klinikinis tyrimas tebėra etaloninis atvejis, kodėl vien toksikologinių duomenų gali nepakakti imuninę sistemą aktyvuojančiam biologiniam preparatui. Nepaisant ankstesnių neklinikinių tyrimų, sveikiems savanoriams išsivystė sunkios citokinų išsiskyrimo reakcijos. Epizodas įjungė konkrečiai rūšiai būdingą farmakologiją, žmogui reikšmingą biologinį aktyvumą ir ryšį tarp dozės ir imuninės sistemos aktyvacijos, kurių nė vienas nebuvo išspręstas pagal neklinikinį paketą.
Vertimo programos atveju pamoka yra ta, kad ikiklinikiniai tyrimai turi sukurti daugiau nei toksiškumo stebėjimus ir veiksmingumo rezultatus. Jie taip pat turi pakankamai gerai paaiškinti mechanizmą, kad galėtų numatyti žmogaus reakciją.
4. Ankstyvoji klinikinė raida: patvirtinimas, kad mechanizmas veikia žmonėms
Ikiklinikiniai biomarkerio radiniai sukuria hipotezes. Klinikiniais tyrimais tikrinama, ar jie tinka žmonėms.
I ir ankstyvosios II fazės kūrimo metu biomarkeriai yra naudingiausi atliekant tris darbus: patvirtinant taikinį, nustatant biologiškai aktyvių ekspozicijos diapazonus ir aprašant ryšį tarp dozės ir farmakologinio atsako.
Vienas iš pavyzdžių yra receptorių užimtumas.
Vaistų, nukreiptų į ląstelės paviršiaus receptorius, srauto citometrija arba kitas patvirtintas analizės metodas kiekybiškai įvertina vaistų prisijungimą ir receptorių prieinamumą atitinkamose cirkuliuojančių ląstelių populiacijose. Serijinis mėginių ėmimas parodo, ar užimtumas didėja didėjant dozei ir ar jis artėja prie prisotinimo.
Periferinis kraujas turi ribas. Cirkuliuojančių imuninių ląstelių užimtumas nenustato lygiaverčio taikinio įsitraukimo į kietus audinius ar kitus su liga susijusius skyrius. Jei klausimas susijęs su skyriumi, trūkstamus įrodymus pateikia audinių biopsijos, smegenų skysčio matavimai, vaizdiniai biomarkeriai ar kiti specifiniai skyriui skirti vertinimai.
Pasroviui atlikti matavimai turi vienodą svorį. BTK inhibitoriai nuskaitomi per su BTK susijusio signalizacijos pokyčius; MEK inhibitoriai moduliuodami ERK fosforilinimą.
Tikslinio įtraukimo sujungimas su tolesniu PD atsako į du skirtingus klausimus:
- Ar vaistas pasiekė numatytą tikslą ir sąveikavo su juo?
- Ar ši sąveika sukėlė laukiamą biologinį atsaką?
Poravimas yra svarbus aiškinant klinikinius dozės ir atsako duomenis. Dozė, kuri pasiekia beveik didžiausią receptorių užimtumą, neturi duoti didžiausios klinikinės naudos, o tolesnis padidinimas gali padidinti su gydymu susijusią riziką, o kartu sumažinti farmakologinį aktyvumą.
Todėl biomarkeriu vadovaujamas dozės parinkimas nustato biologiškai aktyvų ir kliniškai tinkamą dozės diapazoną, kuris skiriasi nuo maksimalios toleruojamos dozės (MTD).
5. Biomarkeriai pacientų atrankoje ir klinikinio veiksmingumo vertinime
Vystantis, biologinių žymenų vaidmuo keičiasi nuo farmakologinio aktyvumo patvirtinimo iki pacientų, kuriems greičiausiai bus naudos, identifikavimo. Šis pokytis yra svarbiausias tikslinėms terapijoms, imunoterapijai ir gydymui, nukreiptam prieš molekuliškai apibrėžtus ligų pogrupius.
Pembrolizumabo programa yra gerai dokumentuotas atvejis.
Atvejo tyrimas: pembrolizumabas ir PD-L1 kaip nuspėjamasis biomarkeris
Pembrolizumabas yra monokloninis antikūnas, nukreiptas į užprogramuotą ląstelių mirties baltymą 1 (PD-1). Blokuojant sąveiką tarp PD-1 ir jo ligandų, tarp jų PD-L1, atkuriami T-ląstelių sukelto priešnavikinio aktyvumo aspektai.
Ankstyvoji klinikinė plėtra turėjo atsakyti į du klausimus iš karto: kokia dozė gali pasiekti ilgalaikį farmakologinį aktyvumą ir kurie pacientai buvo labiau linkę reaguoti.
Receptorių užimtumo tyrimai pateikė farmakologinę pusę. Klinikiniai tyrimai parodė didelį PD-1 cirkuliuojančių T ląstelių užimtumą įvertintoje dozių diapazone ir ilgalaikį taikinio įsitraukimą, o šie radiniai sukūrė vaizdą apie tai, kaip priklauso dozė, ekspozicija ir užimtumas.
Dozės pasirinkimas priklausė nuo daugiau nei užimtumo. Klinikiniai PK, farmakodinaminiai radiniai, veiksmingumo ir saugumo duomenys buvo pasverti kartu. Ankstyvojoje klinikinėje programoje buvo vertinami keli dozavimo režimai, o 2 mg/kg kas tris savaites tapo svarbia pradinės plėtros programos doze.
Paciento atranka buvo antrasis klausimas.
PD-L1 išraiška buvo ištirta kaip galimas nuspėjamasis biomarkeris. Imunohistochemija buvo kiekybiškai įvertinta PD-L1 naviko mėginiuose, o rezultatai buvo patikrinti atsižvelgiant į atsaką į gydymą.
Vėlesni klinikiniai tyrimai parodė PD-L1 ekspresijos svarbą atrenkant pacientus pagal tam tikras pembrolizumabo indikacijas. KEYNOTE-024 buvo įvertintas anksčiau negydytas išplitęs nesmulkialąstelinis plaučių vėžys (NSLPV), kurio PD-L1 naviko proporcijos balas (TPS) yra ne mažesnis kaip 50 % ir be jautrinančių EGFR ar ALK pakitimų, naudojant biomarkeriu praturtintą pirmos eilės gydymą. Toje pasirinktoje populiacijoje pembrolizumabas pagerino klinikinius rezultatus, palyginti su chemoterapija platinos pagrindu.
PD-L1 IHC 22C3 pharmDx tyrimas buvo sukurtas kaip papildoma atitinkamų indikacijų diagnostika.
Dvi viena kitą papildančios programos yra vienoje programoje. Receptorių užimtumas padėjo suprasti vaisto ir taikinio sąveiką ir klinikinę farmakologiją; naviko PD-L1 išraiška nustatė pacientų populiaciją, kuri labiau tikėtina, kad bus naudinga. Tikslinio įsitraukimo žymuo ir nuspėjamasis žymeklis atsako į skirtingus klausimus, net jei abu priklauso tai pačiai plėtros programai, todėl kiekvienas yra vertinamas pagal numatytą klinikinį tikslą.
6. Kodėl transliaciniai biomarkeriai turi būti vertinami visose rūšyse
Biomarkeris, veikiantis gyvūnų modelyje, nėra automatiškai tinkamas klinikiniam vertimui. Molekulinės struktūros, tikslinės ekspresijos, imuninės sistemos reguliavimo, metabolizmo ir audinių pasiskirstymo skirtumai turi įtakos tiek pačiam matavimui, tiek jo biologiniam aiškinimui.
Todėl skirtingų rūšių palyginamumas priklauso ikiklinikinių tyrimų planui. Didžiausią riziką kelia keturi aspektai.
Analitinis palyginamumas.Tyrimai turi būti pakankamai specifiniai ir jautrūs atitinkamoms rūšims. Antikūnai, pradmenys, aptikimo reagentai ir kiti analitiniai komponentai gali turėti skirtingas žmogaus ir gyvūnų mėginių veikimo charakteristikas.
Biologinė reikšmė.Išmatuojamas gyvūno pokytis ne visada reiškia tą patį žmogaus biologinį procesą. Kyla klausimas, ar biomarkeris atspindi konservuotą mechanizmą, ar rūšiai būdingą atsaką.
Audinių aktualumas.Biomarkeriai, išmatuoti periferiniame kraujyje, dažnai neteisingai įvertina tikslinio organo biologinį aktyvumą, o tai svarbu atliekant CNS, onkologinius ir specifinius audinių uždegiminius tyrimus.
Laiko aktualumas.Biomarkerio pokyčiai ir klinikiniai ar funkciniai atsakai gali būti kompensuojami laiku, todėl mėginių ėmimo grafikas nustato, ar poveikio ir atsako santykis apskritai matomas.
Nežmoginių primatų (NHP) modeliai tampa naudingi, kai farmakologinis mechanizmas priklauso nuo konservuotų molekulinių taikinių, sudėtingos imuninės sąveikos arba fiziologinių procesų, kuriuos tradiciniai gyvūnų modeliai atspindi prastai. Biologiniams ir kitiems rūšims jautriems terapiniams preparatams NHP tyrimai apibūdina taikinį, sisteminį poveikį, imunologinius atsakus ir farmakodinaminį poveikį fiziologiškai svarbioje aplinkoje.
NHP tyrimai nepanaikina skirtumų tarp rūšių. Jų vertė priklauso nuo pasirinkto modelio aktualumo, kandidatinės molekulės farmakologinio kryžminio reaktyvumo ir matuojamų biomarkerių tinkamumo.
Todėl transliacinio biomarkerio strategija yra paremta veikimo mechanizmu ir numatomu klinikiniu pritaikymu, o ne galutiniais taškais, kuriuos patogu išmatuoti.
7. Biomarkerių integravimas į kiekybinės plėtros strategiją
Biomarkeriai duoda daugiausiai rezultatų, kai jie yra integruotos plėtros strategijos viduje, o ne gaunami kaip atskiri matavimai.
Ikiklinikinio vystymosi metu atliekant PK matavimus nustatoma sisteminė ekspozicija ir, jei reikia, audinių ekspozicija. Tikslinio įsitraukimo tyrimai nustato, ar kandidatas sąveikauja su numatomu molekuliniu taikiniu. PD biomarkeriai apibūdina tolesnius biologinius atsakus, o su liga susiję galutiniai taškai rodo funkcinį ar patologinį pagerėjimą.
PK / PD modeliavimas ir poveikio ir atsako analizė tada konsoliduoja šiuos duomenis priimant sprendimus dėl dozės parinkimo, dozavimo intervalų ir ankstyvųjų klinikinių tyrimų plano.
Klinikinio kūrimo metu ta pati sistema patikslinama atsižvelgiant į žmogaus PK, receptorių užimtumą, kelio aktyvumą, vaizdo radinius ir klinikinius rezultatus.
Informacija neteka viena kryptimi. Klinikiniai stebėjimai gali parodyti, kad biomarkerio nuspėjamoji vertė yra ribota, kad taikinys nėra pakankamai įsitraukęs į atitinkamą audinį arba kad kompensaciniai keliai turi įtakos gydymo atsakui. Šios išvados remiasi ikiklinikinių duomenų interpretavimu ir tolesnių tyrimų planu.
Veiksminga biomarkerio strategija grindžiama trimis reikalavimais:
- Biologinis galiojimas:ar biomarkeris atspindi numatytą biologinį mechanizmą?
- Analitinis galiojimas:ar galima tiksliai ir atkuriamai išmatuoti?
- Klinikinė reikšmė:ar išmatuotas pokytis suteikia reikšmingos informacijos apie vaistų kūrimą ar paciento rezultatus?
Biologinis žymeklis, atitinkantis vieną ar du iš jų, vis dar naudojamas žvalgomuosiuose tyrimuose; jos galimybės paremti klinikinius sprendimus tebėra ribotos.
Todėl biologinių žymenų parinkimas, tyrimo kūrimas, mėginių ėmimo strategija ir skirtingų rūšių vertinimas priklauso ankstyvam tyrimo planui, prieš pradedant gauti veiksmingumo rezultatus.
Įtaka ikiklinikiniams vertimo tyrimams
Norint pereiti nuo ikiklinikinės farmakologijos prie klinikinės plėtros, reikia daugiau nei įrodymų, kad kandidatas į vaistą turi poveikį gyvūnų modeliui. Reikia atsižvelgti į tai, kaip yra susijęs vaistų poveikis, tikslinis įsitraukimas, tolesnis biologinis aktyvumas ir su liga susiję rezultatai.
Integruoti PK / PD tyrimai ir biologinių žymenų įvertinimas yra tai, kaip sukuriamas šis vaizdas.
Atliekant tyrimus nežmoginiais primatais, šie vertinimai derinami su išilginiais fiziologiniais matavimais,klinikinis vaizdas, audinių mėginių ėmimas ir funkciniai galutiniai taškai vienoje eksperimentinėje sistemoje. Pavyzdžiui, NHP CNS tyrimas gali integruoti vaistų koncentraciją plazmoje ir smegenų skystyje, vaizdavimu pagrįstą vertinimą, specifinį audinių taikinio įsitraukimą ir neurologinius ar elgesio rezultatus. Rezultatas yra keli įrodymų sluoksniai, o ne vienas terminalo matavimas.
„Prisys Biotech“,NHP farmakologijatyrimai apima PK/PD vertinimą, su liga susijusių biožymenų vertinimą, klinikinį vaizdą ir funkcinės baigties analizę pagal tyrimo programos tikslus. Konkretus tyrimo planas ir analizės strategija priklauso nuo kandidato į vaistą, veikimo mechanizmo ir numatomo klinikinio pritaikymo.
Praktinis skirtumas yra biologinių žymenų traktavimas kaip sprendimo įvestis, o ne kaip tūris. Kai biologinį aktyvumą galima kiekybiškai įvertinti ir nuosekliai interpretuoti atliekant eksperimentinius modelius ir klinikinius tyrimus, plėtros sprendimai priklauso nuo įrodymų, o atstumas tarp ikiklinikinio veiksmingumo ir žmogaus atsako tampa tuo, ką programa gali ištirti tiesiogiai.
