Biopharmazeutika
Grundlagen Gentechnik, Herstellung Proteinwirkstoffe
Grundlagen Gentechnik, Herstellung Proteinwirkstoffe
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Lernkarten
Was ist SCID?
Schwere kombinierte Immundefizienz
Was ist ADA?
Verlust der Adenosin-Deaminase
ADA-SCID: Was ist das, welche Therapiemöglichkeiten gibt es?
• Verlust der Adenosin-Deaminase (ADA)
• autosomal-rezessiv vererbt
• Therapie-Optionen:
o Enzymersatztherapie: bovine PEG-ADA (Pegademase)
o Stammzelltransplantation
o Gentherapie
X-SCID: Was ist das, welche Therapiemöglichkeiten gibt es?
• Verlust der gemeinsamen Untereinheit (γ) verschiedener Interleukin-Rezeptoren
(IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21)
• X-chromosomal vererbt
• Therapie-Optionen:
o Stammzelltransplantation
o Gentherapie
Transduktion
Genübertragung mittels Bakteriophagen/Viren
Retroviren als Gen-Transfersysteme
• Gentransfersysteme bestehen aus replikationsinkompetenten Viren
• Vorteile:
o effiziente Transduktion
o oft lang anhaltende Expression des Fremdgens
o Viren selbst sind kaum immunogen
• Nachteile:
o moderate Virustiter (106-107/ml)
o Gengrößen beschränkt auf 8-10 kb
o infizieren nur proliferierende Zellen
o nicht zelltypspezifisch
o meist nur Ex-vivo-Applikation möglich
o (Gefahr der Rekombination mit Endogenen Retroviren)
o Insertionspräferenz in Genen => Genotoxizität
Lentivirale (HIV-basierte) Gentransfer- Systeme: Vorteile und Nachteile
• Lentivirale Gentransfersysteme bestehen aus replikationsinkompetenten
Viren, basierend auf dem HIV-Genom
• Vorteile:
o sehr effiziente Tranduktion
o infizieren proliferierende Zellen und nicht-prolifierierende Zellen
o oft lang anhaltende Expression des Fremdgens
• Nachteile:
o moderate Virustiter (106-107/ml)
o nicht zelltypspezifisch
o nur Ex-vivo-Applikation
o Insertionspräferenz in Genen =>Genotoxizität
o spezifisch für CD4+-Zellen (=> "Pseudotyping" mit VSV-G ENV-Gen)
Was versteht man unter AAV?
Adenoassoziierte Viren
Was ist ITR?
Inverted terminal repeats, wichtig für Replikation bei Gentherapie-Vektoren
Adenovirale Gentransfersysteme: Eigenschaften Adenoviren, Vort und Nachteile
• komplexe Doppelstrang-DNA-Viren
• verursachen Erkrankungen der Atemwege, des Gastrointestinaltraktes, anderer
innerer Organe, und der Bindehaut des Auges
• Gentransfersysteme bestehen aus replikationsinkompetenten Viren
• Vorteile:
o hohe Transduktionsfrequenz
o sehr hohe Virustiter (1011-1012/ml)
o infizieren auch nicht proliferierende Zellen
o können große Gene übertragen (≤36 kb)
o Ex-vivo- und In-vivo-Applikation möglich
- wenig antigen
• Nachteile:
o breiter Tropismus (bezeichnet in der Virologie die Fähigkeit eines Virus, eine bestimmte Sorte von Zellen oder bestimmte Gewebe zu infizieren und sich dort zu vermehren)
o keine Integration, nicht genotoxisch
o zeitlich begrenzte Expression
o stark immunogen
- nur kleine Gene transportierbar <4,5 kbp
- kein Integrationsspezifität in Abwesenheit von REP
Was sind onkolytische Viren? Beispiele
Onkolytische Viren sind Viren, die direkt oder indirekt Tumorzellen töten. Onkolytische Viren besitzen verschiedene Wirkungsmechanismen, z. B. indem Sie Tumorzellen infizieren und lysieren, eine Immunantwort erzeugen oder Toxine und Tumorsuppressorgene in Tumorzellen einführen.
Coxsackieviren, Adenoviren, Vacciniaviren
Gentherapie-Vektoren mit Adenoassoziierten Viren
• nicht humanpathogene Parvoviren mit Einzelstrang-DNA-Genom
• spezifische Integration in Chromosom 19q13.4 (REP-abhängig)
• Gentransfersysteme bestehen aus replikationsinkompetenten Viren
• Vorteile:
o hohe Transduktionsfrequenz
o hohe Virustiter (<1010/ml); In-vivo-Applikation möglich
o geringes antigenes Potenzial
o infizieren auch nicht proliferierende Zellen
o bleiben längere Zeit episomal (Integration selten) ( Episome sind bei Bakterien Plasmide, die sich in die chromosomale DNA des Wirtsorganismus integrieren können)
• Nachteile:
o z.T. präexistierende neutralisierende Antikörper in Patienten
o nur kleine Gene transportierbar (<4.5 kb)
o zeitlich begrenzte Expression des Transgens
o keine Integrationsspezifität in Abwesenheit des REP-Proteins
(Insertionspräferenz in Genen)
Was ist LPLD?
Lipoproteinlipase-Defizienz
• autosomal-rezessiv, sehr selten (1-2 pro 1 Million)
• mehr als 70 Mutationen bekannt, die meisten inaktivieren das Enzym
• manifestiert sich im Kindesalter
• klinisch: Hypertriglyceridämie(10-100x so viel wie normal) und Chylomikronämie; starke Unterleibsschmerzen, Gedeihstörungen, je nach Schwere der Krankheit bis zu 360-fach erhöhtes Risiko für akute Pankreatitis
• Pankreatitis-Risiko in der Praxis auch durch strenge fettarme Diät nicht gut kontrollierbar
• keine Therapie mit Biopharmazeutikum möglich, weil das Enzym eine extrem kurze Halbwertszeit hat (=> durch PEGylierung nicht verlängerbar
• LPL wird von Endothelzellen, Muskelzellen und Fettzellen gebildet.
• in den Gefäßen ist LPL an die Außenseite von Endothelzellen gebunden
• gutes Modell für Gentherapie
o weil Protein dann dauerhaft gebildet wird
o relativ geringe Level verringern Chylomikronen nachhaltig
o LPL wird in Muskelzellen natürlicherweise gebildet
Wie heißt das erste zugelassene Gentherapeutikum in der EU?
Alipogentiparvovec (Glybera)
Was bedeuten die Silben "parvo" und "vec" bei Gentherapeutika?
Parvo: Parvovirus (AAV)
Vec: nicht-replizierender viraler Vektor
Alipogentiparvovec (Glybera): Eigenschaften, Herstellung, Indikation, Dosierung
• Wirkstoff: Alipogentiparvovec (AMT-011, AAV1-LPLS447X)
• replikationsinkompetentes Virus vom AAV1-Serotyp, AAV2-ITRs
• 1 Durchstechflasche enthält 1 mL mit 3x1012 Genomkopien (gc) des Vektors
• Dosierung 1x1012 gc/kg KG (12 Mio. Viruspartikel -> 70 kg -> 24 Vials -> 1 Behandlung 1,3 Mio. Euro
• Indikation: familiäre Lipoproteinlipase-Defizienz (LPLD) bei Patienten mitschweren und multiplen Pankreatitis-Schüben trotz fettarmer Diät
• Anwendung nur nach positivem Gentest auf LPLD und bei Patienten mit >5% LPL im Plasma
• Applikation intramuskulär -> wird nach Produktion in Blutbahn sekretiert
• zwischen 3 Tage bis 12 Wochen nach Behandlung wird eine immunsuppressive Therapie empfohlen (z.B. Ciclosporin 3 mg/kg/Tag)-> Antigenität in hohen Dosen zu beachten
• Zulassung "unter außergewöhnlichen Umständen"
siRNA-Wirkstoffe, Beispiel aus klinischer Entwicklung
kp man eher unwichtig
• PCSK9 = Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9
• 10-20% der Patienten mit Hypercholesterimämie sind intolerant für die Therapie mit Statinen
• PCSK9 reguliert die Dichte von LDL-Rezeptoren auf Hepatozyten, indem es an LDLR bindet und dessen Internalisierung und lysosomalen Abbau fördert
• Ratio: weniger PCSK9 -> mehr LDLR -> weniger LDL-Cholesterin im Plasma
• Wirkstoff ALN-PCS
o siRNA gegen mRNA von PCSK9 -> Knockdown -> weniger PCSK9
o formuliert in Lipid-Nanopartikeln
Was sind SNPs?
Single Nucleotide Polymorphisms, Ursache für interindividuelle Unterschiede im Ansprechen aufeine medikamentöse Behandlung
Was ist ADR?
Adverse Drug Reaction
Prädiktive Diagnostik
Vorhersage der Wirksamkeit eines Arzneistoffs bzw. der Vorhersage des Nebenwirkungspotenzials eines Wirkstoffs
Was für Methoden gibt es zur Analyse genetischer Polymorphismen? Analyse von Einzelgenen:
• Diagnostik einzelner SNPs in einzelnen bekannten Genen, die bekanntermaßen
den Metabolisierungs-Phänotyp beeinflussen
• Methoden:
o PCR-Amplifikation von Genabschnitten
o DNA-Sequenzierung (Sanger-Sequenzierung)
o DNA-Microarrays
Was für Methoden gibt es zur Analyse genetischer Polymorphismen? Analyse auf Genomebene:
• systematische Auflistung möglichst vieler SNPs im menschlichen Genom
• Versuch der Zuordnung von SNPs zu Metabolisierungs-Phänotyp
o Genomweite Assoziationsstudien (GWAS)
• Methoden:
o "Next generation" bzw. "Hochdurchsatz" DNA-Sequenzierung
o DNA-Microarrays
DNA Microarray Prinzip
• der "Chip" besteht aus einer beschichteten Glasoberfläche, an die die DNA kovalent gebunden wird
• typische Flächen sind ca. 1x1 cm (1 cm2)
• dort haben bis zu 300.000 verschiedene DNA-Sonden Platz
• Synthese von DNA-Sequenzen direkt auf dem Chip (photolitographisches
Verfahren)
• solche DNA-Chips haben typischerweise 25-50 Nukleotide lange DNAs
=> sucht quasi so lang ab, bis passendes Gegenstück gefunden ist, da Gegenstück-Sequenz bekannt ist, kann dadurch herausgefunden werden, wie der andere Strang aufgebaut ist und im ggs. zu normal abweicht
In welchen metabolisierenden Enyzmen kommen viele Polymorphismen vor?
CYP2D6, CYP3A4, UGTs
Beispiel für Polymorphismen: CYP2D6 -> wie man herausfindet, was für ein CYP2D6-Metabolizer man ist
• Die CYP2D6-Aktivität kann in der Klinik bestimmt werden, indem ein Test- Wirkstoff appliziert wird und ein Metabolit im Urin gemessen wird.
• Test-Wirkstoff Debrisoquin (Antihypertonikum), Metabolit: 4-OH-Debrisoquin
• Bestimmung des "Metabolischen Quotienten" (Metabolic Ratio MR) = Dosis Arzneimittel oder unverändertes Arzneimittels im Urin/Serum geteilt durch Konz. Metabolit
• nach dem MR teilt man die Individuen der Bevölkerung ein in
o Extensive metabolizers (EM); MR = 0,1-12,6
o Poor metabolizers (PM); MR >12,6
o Ultrarapid metabolizers (UEM); MR <0,1
Auswirkungen auf AS-Wirkung von Ultraextensive Metabolizern
normale AS: keine Wirkung, da zu schneller Abbau, keine therapeutische Spiegel
Prodrugs: schnelle Metabolisierung zum aktiven Metaboliten, dieser kann auch schon in toxische Dosen übergehen
Auswirkungen auf AS-Wirkungen bei poor metabolizern:
normale AS: zu starke Wirkung, da zu langsam abgebaut wird und somit hohe Plasmaspiegel vorhanden sind
Prodrugs: kaum therapeutische Spiegel, da kaum Umsetzung
Durch welches CYP-Enzym wird Clopidogrel, was zur Reinfarktprophylaxe angewendet wird, metabolisiert?
CYP2C19, bei Polymorphismus langsame/wenig Bidlung des aktiven Metaboliten
Durch welches Enzym wird 6-Mercaptopurin metabolisiert?
Thiopurin-S-Methyltransferase (TPMT) -> bei Polymorphismus kein Abbau in das unwirksame S-Methylmercaptopurin
Vemurafenib: AS gegen was? Wie wirkt es? (nicht so wichtig)
Welche Mutation tritt bei vielen Melanomen auf?
BRAF Mutation -> BRAF V 600
Gegen was ist Ivacaftor ein Medikament?
Mukoviszidose
Luciferase
Reportergen, oxidative Enzyme, die Biolumineszenz produzieren -> Luciferine (Naturstoffe, die zur Erzeugung von Licht durch Biolumineszenz genutzt werden) mit Sauerstoff, ATP o. Magnesium -> Reaktion zu Oxoluciferin -> Zerfall -> Biolumineszenz, haben meist pH-Optimum bei 6,3
Reportergen
Gen, mit dem bestimmte Effekte/ Qualitäten anderer Gene gezeigt werden können