Introduktion till olika typer av biologiska läkemedel Flashcards
Definition - Biologiska läkemedel
Definition - Biologiska läkemedel
En medicin vars aktiva substans tillverkas av en levande organism
- Biologiska läkemedel innehåller aktiva substanser som produceras eller extraheras från en biologisk källa, såsom levande celler, organismer eller vävnad, och kan inte karakteriseras med traditionella kemisk-farmaceutiska tester av den färdiga produkten.
Den aktiva substansen i biologiska läkemedel är inte lätta att definiera eller karakterisera, då dessa proteiner genomgår post-translationella modifieringar (t.ex. tillsättning av metylgrupper, fosforylering eller glykosylering) som påverkar deras struktur och funktion. Dessa förändringar kan vara utmanande vid produktion men även Batch-till-batch-variation.
- De flesta biologiska läkemedel som används kliniskt idag innehåller aktiva substanser som består av proteiner och skiljer sig i storlek och strukturell komplexitet, från enkla proteiner som insulin eller tillväxthormon till mer komplexa som koagulationsfaktorer eller monoklonala antikroppar.
Potency assay är en metod som används för att säkerställa att läkemedlet har samma biologiska aktivitet mellan olika batcher. Det innebär att man mäter hur effektivt läkemedlet interagerar med sin målstruktur i kroppen.
Biosimilarer: Dessa är läkemedel som utvecklas för att vara höggradigt likvärdiga med ett redan godkänt biologiskt läkemedel. Det är VIKTIGT att dess effekt och säkerhet är identisk med referens läkemedlet.
Storleksskillnad:
IgG = 150 kilodalton (KDa)
Lågmolekylära läkemedel = 500 Dalton (Da)
Exempel på biologiska läkemedel:
Exempel på biologiska läkemedel:
1- Blodprodukter och plasmaderiverade produkter
2- Immunologiska produkter:
-Vaccin, antisera
Vad är skillnad mellan vaccin och antisera?
Vaccin – Aktiv immunitet: Innehåller försvagade, avdödade eller delar av mikroorganismer (antigener). Vaccinet aktiverar kroppens immunsystem så att det producerar antikroppar och immunologiskt minne, vilket gör att kroppen kan reagera snabbt vid framtida exponering för patogenen. Ger långsiktigt skydd eftersom immunförsvaret “lär sig” känna igen och bekämpa patogenen.
Antisera – Passiv immunitet: Innehåller färdiga antikroppar som utvinns från blodserum av en organism som redan har utvecklat immunitet mot en viss patogen. Antisera används för att ge ett omedelbart behandling genom att tillföra färdiga antikroppar mot en specifik patogen eller toxin. De färdiga antikropparna i antiserum neutraliserar direkt patogenen eller toxinet, vilket hjälper kroppen att hantera förgiftingen. Ger kortsiktigt skydd eftersom kroppen inte själv utvecklar ett immunologiskt minne. Effekten varar bara så länge antikropparna finns kvar i kroppen (vanligen dagar till veckor). Halveringstiden för antikroppar är cirka 21 dagar, vilket förlänger deras närvaro i blodet. Detta beror på mekanismer som antikropparnas återvinning via FcRn-receptorer, som förhindrar nedbrytning och skickar tillbaka antikropparna till blodomloppet (Recycling).
Antisera är en biologisk produkt som innehåller antikroppar och används för att ge passiv immunitet mot specifika sjukdomar eller gifter. Det framställs genom att immunisera en människa med ett antigen, till exempel ett toxin och sedan utvinna den antikroppsrika delen av blodplasman. Antikropparna i antisera binder specifikt till toxiner, När antikropparna binder till toxinerna neutraliseras dessa, vilket förhindrar att de kan binda till receptorer (RC) i kroppen och orsaka skada. De neutraliserade toxinerna, kallade toxider, förändras minimalt för att immunförsvaret fortfarande ska kunna känna igen dem. Antisera ger tillfälligt skydd eftersom antikropparna inte produceras av kroppen själv.
Antisera ger passiv immunitet, vilket innebär snabb skydd. Vid produktion av biologiska läkemedel måste man tänka på om halveringstiden ska vara lång eller kort. Men man ska försöka ha lång halveringstid för att få hållbara LM som tas via injektion.
3- Avancerade terapeutiska läkemedelsprodukter (ATMPs): Komplicerade och kostsamma produkter.
-Cell- och genterapier (CAR T-celler), vävnadsteknik.
CAR T celler: Är en cellterapi där patientens egna T-celler tas ut, modifieras genetiskt och återinförs för att bekämpa cancer, där T celler kan hitta cancer celler. CAR T celler kan helt bota cancer. Vid behandling av B-cellslymfom, till exempel, cancerceller från B-celler uttrycker vanligtvis CD20 eller CD19 på ytan. Genom att modifiera T-celler med en CAR som känner igen CD20 kan de hitta och binda till cancercellerna, och genom cytotoxiska mekanismer döda tumörcellerna.
En av de viktigaste egenskaperna hos cancerous B-celler är att dessa behåller sina yttre markörer, även när de blir tumörceller. Ett exempel är CD20, en molekyl som finns på ytan av de flesta normala B-celler och även på många cancerösa B-celler. Detta gör att tumörceller från B-celler blir måltavlor för specifika behandlingar som kan rikta sig mot denna markör. När T-cellen modifieras kan den utrycka fragmentet av antikropp på sin yta och vi kan styra T-cellen att känna igen CD20. Det finns vissa utmaningar med CAR T-celler. En sådan är att om CAR T-celler riktas mot CD20 kan även friska B-celler som uttrycker CD20 förstöras.
4- Terapeutiska proteiner producerade genom rekombinant DNA-teknologi (bioteknikprodukter)
-hormoner, cytokiner, monoklonala antikroppar, koagulationsfaktorer
Vi kan bygga in i DNA sekvenser och klippa och klistra och så vidare.
5- Produkter med humant eller animalt ursprung:
-Hormoner, hepariner, enzymer
6- Övriga biologiska läkemedel:
-allergens: För att bygga bort allergi. Genom att administrera allergener kan man förändra immunförsvaret genom att man lär om immunförsvaret.
Molekylens struktur påverkar
Molekylens struktur påverkar läkemedlens egenskaper
Vikt påverkar vad som händer i kroppen
IgG har lång halveringstid. Dess storlek (alla stora molekyler) har långsam rörelse, då de har hög retention i vävnaden.
Skillnad mellan peptider och proteiner
Skillnad mellan peptider och proteiner
Både peptider och proteiner består av kedjor av aminosyror (AA) (Båda är uppbyggda av aminosyror), men deras storlek och struktur skiljer dem åt.
Peptider (2 - 50 aminosyror, cirka):
1- Oligopeptid (2 till 20 aminosyror): t.ex. dipeptid (2 AA), tripeptid (3 AA), etc.
2- Polypeptid, en lång (över 20 AA) kontinuerlig, icke-brancherad peptid som kan anta komplexa konformationer.
Peptider kan tillhöra antingen lågmolekylära eller biologiska läkemedel ur ett regelverk perspektiv, för att peptider; Ex; insulin, kan produceras genom biologiska processer som involverar bakterier eller jäst. Men syntetiska peptider kan byggs genom en kemisk process där aminosyror läggs till en efter en för att skapa en specifik sekvens. Denna process sker i laboratoriemiljö och är inte beroende av levande organismer.
Proteiner (> 50 aminosyror, cirka):
När det handlar om mer än 50 aminosyror är det bildat av en eller flera polypeptider som binds samman → i princip mycket stora peptider.
Ofta bundna till koenzymer och kofaktorer eller andra proteiner och makromolekyl.
Proteiner, produceras ofta via mammalceller.
Aminosyrors sammansättning
Aminosyrors sammansättning påverkar protein läkemedlets egenskaper
Aminosyror —> Peptid —> Proteiner
En kedja av aminosyror får en nattoladdning, men om man har en olöslig peptid kan man ändra aminosyrans sammansättning för att kunna göra peptiden laddad och därmed öka dess löslighet.
Kunna om laddning och hydrofila/hydrofoba
Varför används proteiner som behandling?
Varför används proteiner som behandling?
* Antikroppar har hög specificitet och kan reglera komplexa funktioner som inte kan efterliknas av lågmolekylära substanser.
- Möjligt att modifiera dem på grund av den stora bindningsytan: Vi kan förändra dem för att få önskade egenskaper.
- Mindre problem med off-target-effekter tack vare deras specificitet.
- Rekombinant teknologi erbjuder större möjligheter för att skapa nya funktioner eller aktiviteter.
- Ofta bra tolerans, eftersom det är ett protein som normalt liknar ett protein i kroppen och därmed reagerar inte immunsystemet på det. Men vid hög modifikation av det humana proteinet kan ADA (Anti-Drug antibodies) uppkomma. Ju mer man förändrar i proteinet, desto mer sannolikt är det att ADA uppstår. Detta kan leda till att aggregat bildas, antikroppar tas bort från cirkulationen och effekten blir långsammare.
- Kan användas för att ersätta ett protein som en person saknar, vilket är fallet med exempelvis faktor VIII vid hemofili A. När faktor VIII ges som ett biologiskt läkemedel för att ersätta det saknade proteinet, kan det ge stor nytta för patienter. Vissa patienter kan dock utveckla immunitet mot den ersatta faktorn, vilket innebär att immunsystemet bildar antikroppar mot faktor VIII. Dessa antikroppar kan neutralisera läkemedlets effekt, vilket gör att patienten inte längre får den förväntade effekten från tillförseln av faktor VIII.
Exempelvis faktor 8, men om man utvecklar immunitet mot faktor 8 förlorar man effekten av det.
- Kan ha snabbare godkännandeprocess: Men det tar ofta lång tid.
Men idag används biologiska läkemedel främst för att rikta in sig på extracellulära proteiner, vilket i sig är en begränsning. För att rikta in sig på intracellulära proteiner måste vi designa molekylen så att den kan tas upp i cellen. Till exempel, CD20 finns på cellytan, men om den är inne i cellen kan T-celler inte känna igen den. Det är svårt att mål söka något inne i cellen.
Rekombinant DNA teknologi:
Rekombinant DNA teknologi: Av DNA kan vi producera nya molekyler med hjälp av bakterier, såsom, E.coli. Vi behöver inte använda oss av levande djur för att skapa molekyler —> Hållbarhets princip.
Rekombinant human insulin
Rekombinant human insulin
Det är inte klart om det rekombinanta humana insulinet gav en fördel jämfört med den renade animaliska produkten.
Rekombinant insulin gav möjligheten att framställa insulin med förbättrade farmakokinetiska (PK) och farmakodynamiska (PD) egenskaper.
Tidigare utvanns insulin från djur, som grisar eller nötkreatur. Trots att detta insulin var effektivt, fanns det risker, bland annat möjligheten att bär med sig virus eller andra infektioner från djurvävnad. Processen att rena insulinet minskade denna risk, men den fanns fortfarande. Dessutom kunde kroppens immunförsvar reagera på detta “främmande” insulin, vilket kunde leda till biverkningar eller minskad effektivitet.
Med hjälp av semisyntetiska insuliner kan man ge längre exponering av insulin och därmed kan patienter ha en bättre kontroll över sina blodsockernivåer, vilket minskar risken för både akuta och långsiktiga komplikationer av diabetes. Med hjälp av semisyntes byttes aminosyran ut och det blev då identiskt med det humana. Man vill göra proteiner som liknar människans som möjligt. Genom att ändra den aminosyran i insulin i gris, påverkade inte effekten samt att den inte ledde till ADA.
Den första cytokinen som producerades var
Den första cytokinen som producerades var interferon. Interferon är ett signalsubstans som skyddar celler från virusinfektioner.
Cytokiner är signalsubstanser som används av immunceller för att kommunicera med varandra och koordinera immunsvaret. När en cell infekteras med ett virus, kan interferon frisättas som en varning för närliggande celler, vilket gör att de slutar producera proteiner. Detta hindrar viruset från att använda cellen som en fabrik för att reproducera sig själv.
En komplex klass av proteiner som kodas av över 20 gener. Interferon är en komplex klass av proteiner som kodas av över 20 olika gener.
FDA-godkännanden kom 1986 för behandling av hårsäckscancer. Vid cancer kan interferon hjälpa till att stimulera immunsystemet för att bekämpa tumörceller.
Cytokin är en signal substans, som möjliggör att immunceller kommunicerar. Exempel på cytokin är TNF.
Våra celler avbryter produktion av proteiner när de är infekterade. Interferon är alltså den signal substansen som signalerar till celler att stänga ner produktionen för att inte bli fabriker till infektionen.
Utveckling av antikroppar som behandlingsalternativ
Utveckling av antikroppar som behandlingsalternativ
CD3 är en del av T-cellernas receptor och spelar en nyckelroll i T-cellernas aktivering. I immunterapi kan CD3-målstyrning hjälpa till att stimulera T-celler att angripa specifika celler. T-cellernas överstimulering kan leda till att de dör, vilket kan vara fördelaktigt för att eliminera celler som annars skulle orsaka avstötning av organ, till exempel vid organtransplantationer. Steroider kan användas för att dämpa denna process och minska biverkningar.
Men vi kan utveckla ADA, då vi använder oss av sekvenser renade från möss, därför för att minska risken för immunreaktioner utvecklas antikroppar som liknar humana antikroppar genom en process som kallas humanisering. Vanligtvis är målet att skapa en 75% human IgG-antibody (immunglobulin G).
Hållbarhet i produktionen: För att undvika att använda djur som behöver dödas för att framställa antikroppar, strävar man efter att producera dem via labb i stället, ofta genom cellodlingstekniker. Denna metod är mer hållbar och etiskt acceptabel.
Monoklonala antikroppen: Dessa antikroppar kommer från en enda typ av immuncell. Det innebär att de alla är identiska och riktar sig mot exakt samma epitop (specifik del av ett antigen). Eftersom alla antikroppar i en monoklonal antikropp är lika, är produktionen konsekvent och exakt.
Polyklonala antikroppar: Dessa antikroppar kommer från flera olika celler som producerar antikroppar mot olika epitoper på samma antigen. De är alltså en blandning av olika antikroppar. Dessa består av många olika antikroppar som binder till flera epitoper på samma protein.
Om en epitop (den del av proteinet som antikroppen binder till) genomgår mutation och försvinner, kan det minska effektiviteten hos antikroppen, vilket gör att det skydd den ger kan bli sämre.
En fördel med monoklonala antikroppar är att de ger en exakt och konsekvent produktion. Dock, om mutationer påverkar epitopen eller andra viktiga områden, kan behandlingen bli mindre effektiv.
Vaccin är polyklonal.
The ADC (antibody drug conjugates):
The ADC (antibody drug conjugates): Är antikroppar som är specifika med av konjugerade kemiska substanser (lågmolekylära substanser). Syftet är att antikroppen ska fungera som ett “mål” för läkemedlet, vilket gör att det kan ackumuleras och agera direkt på en specifik vävnad eller organ där målet (t.ex. en tumörcell) finns. Detta minskar risken för att läkemedlet påverkar friska celler och andra organ. Genom att selektivt leverera detta ämne till tumörcellerna, förbättras behandlingen och minskar biverkningarna för normala vävnader.
För att ADC ska vara effektiv och säker, måste den kemiska substansen (t.ex. det cytotoxiska ämnet) kunna frigöras vid rätt tidpunkt, vilket oftast innebär när antikroppen binder till sitt mål (t.ex. en tumörcell). Problemet är att om konjugatet klyvs för tidigt (t.ex. innan antikroppen når målet), kan det frigöras och påverka andra organ eller friska vävnader, vilket skulle orsaka oönskade biverkningar.
Bispecifika antikroppar är antikroppar som är designade för att binda till två olika mål samtidigt, vilket gör dem användbara i behandlingen av cancer och andra sjukdomar. De fungerar genom att sammanföra två olika celltyper eller signalvägar som inte vanligtvis interagerar med varandra. Ett vanligt exempel är att en bispecifik antikropp binder både till en cancercell och en T-cell för att stimulera T-cellen att angripa cancercellen.
I fallet med bispecifika antikroppar, där man försöker skapa en antikropp som kan binda två olika mål (t.ex. mål A och mål B), kan designen bli komplicerad. Om du försöker ha A och B på samma kedja, kan det skapa problem i stabiliteten och funktionaliteten.
En lösning för att lösa detta problem är att placera A i den ena kedjan och B i den andra kedjan av antikroppen. Detta innebär att de två målsekvenserna (A och B) finns i separata delar av antikroppen, vilket kan hjälpa till att säkerställa att de inte stör varandra.
Antikropps komponenter:
Antikropps komponenter:
1. Fab region: Detta är den del av antikroppen som ansvarar för att binda till specifika antigen (målmolekyler). Varje antikropp har två Fab-regioner, en på varje “arm”. Den innehåller den variabla delen, där den specifika antigenbindningen sker.
- Fc region: Detta är den nedre delen av antikroppen som interagerar med immunsystemets celler
- Tung kedja med en variabel domän följd av en konstant domän. En gångjärnsregion och två ytterligare konstanta domäner.
Gångjärnsregion (hinge region): Ger flexibilitet till antikroppen, så att Fab-regionerna kan röra sig och binda till antigen på olika avstånd. - Lätt kedja med en variabel och en konstant domän.
- Antigenbindnings site
- Gångjärnsregioner: Gångjärnsregionerna ger rörelseflexibilitet mellan Fab- och Fc-regionerna, vilket gör det möjligt för antikroppen att anpassa sig till antigen som kan finnas på olika avstånd. Denna flexibilitet är viktig för att antikroppen ska kunna binda effektivt till sina mål samtidigt som den aktiverar immunsystemet via Fc-regionen.
Förr producerades antikroppar
Förr producerades antikroppar genom att injicera antigener (ämnen som man vill bli av med, t.ex. ett virusprotein eller en tumörmarkör) i djur, oftast möss. Djuren utvecklade antikroppar som kunde isoleras från deras blod.
Antibody phage display: Idag har vi istället ett antikroppsbibliotek är en stor samling av gener som kodar för olika antikroppar. Plasmider används för att bära dessa gener. En plasmid är en liten cirkulär DNA-molekyl som kan introduceras i bakterier. Bakterierna producerar sedan bakteriofager (virus som infekterar bakterier), där dessa fager bär antikropparna på sin yta. Genom att låta bakteriofagerna bära antikroppar på sin yta kan man enkelt identifiera och isolera de fager som binder till ett specifikt mål (antigen). Efter att ha tvättat bort obundna fager och analyserat DNA-sekvensen kan man tillverka antikroppar som är högst effektiva mot antigenet.
Antibody phage display är en revolutionerande teknik som har förändrat utvecklingen av antikroppsterapier genom att möjliggöra framställning av antikroppar utan att behöva använda djur i samma omfattning som tidigare.
Biologiska läkemedel kan grovt indelas baserat på deras måltyper:
Biologiska läkemedel kan grovt indelas baserat på deras måltyper:
* Lösliga cytokiner som verkar på lymfoida celler
* Lösliga tillväxtfaktorer som påverkar icke-lymfoida celler
* Icke-lösliga modulatorer av cellsignalering och celladhesion
* Proteaser
* Andra mekanismer
The indications for which biologics gained their initial approval
The indications for which biologics gained their initial approval
Mest inom onkologi och autoimmuna sjukdomar.
Onkologi (Antikroppar som binder till cancer celler men även som kan aktivera T-celler). Vi kan även behandla metastasering.
Att binda cancerceller samtidigt som T-celler aktiveras är en strategi för att kombinera cancercellernas specifika mål med immunsystemets kapacitet att eliminera cancerceller. Genom att aktivera T-cellerna och rikta dem mot cancerceller, kan man förbättra kroppens egen förmåga att bekämpa cancer och även övervinna de mekanismer som cancerceller använder för att undvika immunsystemet. Detta leder till en mer effektiv och riktad cancerbehandling.
T-celler, en typ av vita blodkroppar, spelar en central roll i immunsystemet och är specialiserade på att identifiera och döda celler som är infekterade med virus eller som är cancerösa. För att T-cellerna effektivt ska kunna attackera cancerceller måste de först känna igen cancercellens yta och få rätt signaler för att aktiveras.
