Präklinische Dokumentation

14.11.2016
PräklinischeDokumentation
Dr. Elke Stahl
E Stahl | 15.11.2016| Seite 1
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
2. Pharmakologie ‐ Pharmakodynamik
3. Sicherheitspharmakologie
4. Toxikologie
5. Pharmakologie – Pharmakokinetik/Toxikokinetik
6. Dosisfindung
• Translation
• Sicherheitsabstände
• Integrierte Nutzen‐Risiko Bewertung
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14.11.2016
Warum?
Arzneimittel
• effektiv (efficacy)
• unbedenklich (safety, tolerability)  Klinische Prüfung (§40 AMG)
• Nutzen (benefit) und Risiko (risk) vertretbar (= positive)
• Arzneimittel pharmakologisch‐toxikologisch ‚state of
the art‘ geprüft (Profile)
• Prüfer über pharmakologisch‐toxikologische Ergebnisse aufgeklärt und über Risiken der klinischen Prüfung informiert
E Stahl | 15.11.2016| Seite 3
Definition
Pharmakologie
Wechselwirkung zwischen Stoffen und Lebewesen
• Pharmakodynamik (PD)
– „was Substanz mit Körper macht“  Effekt (response)
• Phamakokinetik (PK)
‐ „was Körper mit Substanz macht“ Exposition (/Zeit)
Toxikologie
Schadwirkungen (chemischer) Stoffe auf Lebewesen
• Nebenwirkungen, Überdosis
• Akute – chronische Vergiftung
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Pharmakologie
Effekt: Emax, Imax
Potenz: EC50, IC50
‚Wirkstärke‘ Effektivität: ED50
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PharmakologieII
•
•
•
•
Kompetitiv / Nicht kompetitiv / … Steilheit
Reversibilität
Spezies
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Invitro– invivo
Bindung
Funktion
Krankheits‐
Model
*flexikon.dockcheck.com
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Invivo
Dosis      Wirkung
Effektivität und Therapeutische Dosis
(Konzentration)
ED50, Effekt: Anfang, Dauer
Relevanz: Tier, Model
Exposition/Effekt Beziehung • Biomarker?
• Andere Effekte:
übersteigerte, unerwünschte?
•
•
•
•
Gabrielsson 2007
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4
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Pharmakodynamik Mensch?
‐ PK/PDModel
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Sicherheit‐ Toxikologie
Nicht gewünschte Effekte ‐
Nebenwirkungen Adverse Effects ‐ Adverse Reaction
Typen
• Übersteigerte Pharmakodynamik
• Sekundäre Pharmakologie
Mechanismus bedingt, andere
Subtypen oder Targets, • Sicherheitspharmakologie
• Toxikologie (klassische „Noxen“) Klasseneffekte (PD, Struktur)
• Substanz‐spezifische Effekte
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Sicherheitspharmakologie
Vitale Funktionen „Core battery“*:
Herz‐Kreislauf, Atmung, ZNS
•
Akute Effekte
→ Abhängingkeit von maximaler Plasmakonzentration (Cmax)
•
•
Dosen bis mehrfaches der erwarteten klinischen Exposition (MoE)
Sicherheitsabstände
*Guidelines ICH 7A und 7B [CPMP/ICH/539/00 und CHMP/ICH/423/02
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Herz‐Kreislauf*invivo
Ratte, Hund, Schwein, Affe • Blutdruck
• Herzfrequenz
• EKG
• Links ventrikulärer Druck
• Kontraktilität
EKG pro‐arrhythmogen
Telemetrie im Nicht‐Nager
• Narkose oder wach
• Invasiv oder nicht‐
invasiv
• Dosis Eskalation
• Exposition (Cmax)
• No Adverse Effect
Level (NOAEL)
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Herz‐Kreislauf‐ Rhythmus
K+ Kanal (hERG)
•
•
•
in vitro: ’patch clamp’
Zelle (HEK293, CHO) IC50 Aktionspotentialdauer in vitro: Purkinje Fasern, Papillarmuskel, isoliertes Herz (Hund, Kaninchen, Meer‐
/Schwein)
• APD90 (90% repolarisiert)
EKG
• in vivo: Hund, Affe • QTc, Rhythmus, •
A. Breidenbach, Roche, 2010
E Stahl | 15.11.2016| Seite 13
Atmung–ZNS
Atmung
• Volumen, Frequenz, Geschwindigkeit, Ein‐ & Ausatmung
• Plethysmographie ‐ Ratte
Nicht Nager
ZNS
Verhalten, neurologische Zeichen, Körpertemperatur (autonom, neuromuskulär, sensomotorisch, verhalten)
Bewegung, Aktivität, Pupillen, Krämpfe, Berührung…
FOB (Functional Observational Battery), modified Irwin:
Nager: Ratte, Maus E Stahl | 15.11.2016| Seite 14
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Toxikologie
– TargetIdentifizierung
Ziele, die biologische relevante substanzbedingte Veränderung gegenüber Kontrolle zeigen (Beobachtung, Parameter, Organ, System)
In vivo Studien:
• Nager und Nicht‐Nager
• Subakut bis chronisch • Toxikologische Studien nach Mehrfachgabe
E Stahl | 15.11.2016| Seite 15
ToxikologischeStudie‐
Mehrfachgabe*
Kein Pharmakologie‐Model! Jung & gesund Relevante Spezies ‐ Ähnlich zum Mensch (PD, PK)
Dosisgruppen:
• Kontrolle
• Niedrige ‐ Pharmakologische Effekte erwünscht
• Hohe ‐ Toxikologische Effekte erwünscht
Gabe: Route analog Klinik
Untersuchungsprogramm inklusive Pathologie, Histologie
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Toxikologie– Bewertung
•
•
•
•
•
•
•
•
Effekt ‚finding‘ Häufigkeit und Schweregrad bei Dosisgruppe(n)
Exposition und Expositionsabhängigkeit
Reversibilität oder Progression
Relevanz für den Menschen
Überwachungs‐Parameter ?
Empfindlichste Spezies
NOAEL ‐ Sicherheitsabstand
E Stahl | 15.11.2016| Seite 17
ToxikologischenKenngrößen
300
250
E ffe k t (U )
• NOEL
No Effect Level
• NOAEL
No Adverse Effect
Level
• LOAEL
Low Adverse
Effect Level
• MTD
Maximum Tolerated Dose
• DLT
Dose Limited Toxicity
200
150
100
50
0
1
10
100
1000
Dosis (mg/kg)
E Stahl | 15.11.2016| Seite 18
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Pharmakokinetik
Konzentration (log)
ADME (T)
• Absorption
• Distribution (Verteilung)
• Metabolismus
• Elimination
• Transport
Cmax
Parameter
• Clearance CL (CL=D/AUC)
AUC
Tmax
Zeit
Cmax = maximale Plasmakonzentration
AUC = Fläche unter der Kurve
Tmax = Zeit an der Cmax
• Volumen V
• Bioverfügbar‐
keit F • Halbwertszeit t1/2 E Stahl | 15.11.2016| Seite 19
Pharmakokinetik
In silico
Teilprozesse bis Konzentrations‐Zeit‐
Kurven
In vitro → ADME Teilprozesse
‐ Permeabilität, Transporter: Caco2…
‐ Proteinbindung
‐ Metabolisierung Rate o. Profil,
beteiligte Enzyme: Enzyme, Microsomen, Hepatozyten, …
Vorteil: ‐ Spezies Flöte ‚menschen ähnlichste‘
‐ Einfluß auf/von Enzym oder Transporter
‐ Nicht‐Linearitäten, Interaktionen
In vivo
E Stahl | 15.11.2016| Seite 20
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Einmalgabe‐ Mehrfachgabe
Steady State:
Css = in/out
F●D
Css = ------CL ● 
Proportionalität : AUCss/AUC
Akkumulation : AUCss/AUC1
hängt von t½ und  ab
E Stahl | 15.11.2016| Seite 21
Toxikokinetik*
Exposition:
„Wieviel Substanz der Körper sieht“
Tag 1 (Tag X): • Variabilität
• Sexabhängigkeit
• (nicht) Dosis‐
Proportionalität
10000
Konzentration (ng/m
Relativ hohe Dosen!
1000
100
10
1
0
4
8
12
16
20
24
28
Zeit (h)
AUC, Cmax (Tmax), Ctrough (Cmin)
*Guideline: ICH S3A CPMP/ICH/384/95
Tag 1 versus Tag X:
Zeitabhängigkeiten
• Akkumulation
• Inhibition/Sättigung, Induktion
• Variabilität
E Stahl | 15.11.2016| Seite 22
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Dosisfindung‐ Translation
Übersetzung der pharmakologischen und toxikologischen Informationen
vom Tier bzw. in vitro zum Menschen in vivo ?
1. Dosis ‐ keinen Effekt
2. Dosis ‐ pharmakologischen Effekt
‐ weit entfernt von toxischem Effekt
Multiples of Exposure (MoE)
Sicherheitsabstand
E Stahl | 15.11.2016| Seite 23
ToxizitätoderPharmakologie?
Lowe et all, Basic & Clin Pharmacol & Tox, 2009
• Toxizität: NO(A)EL
• Pharmakologie:
‐ MABEL = Minimum Anticipated Biological Active Dose*
‐ PAD = Pharmacological
Active Dose
‐ Therapeutische Exposition bzw. Bereich
• Integriert
*Guideline: FIH EMEA/CHMP/SWP/294648/2007
E Stahl | 15.11.2016| Seite 24
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Dosisfindung‐ Dosis
Human Equivalent Dose (HED)*
• Dosis normalisiert zur Körperoberfläche (mg/m2)
 Körperoberfläche steht im Verhältnis zum Körpergewicht (W) über alle Spezies [x=a*W0,75]
 Resultierende Konvertierungsfaktoren
• NOAL der sensitiven relevanten Spezies
•
Sicherheitsfaktor ≥10, ggf. Aufschlag
*Guideline: Maximum Recommended Safe Starting Dose, FDA/CDER, July 2005
E Stahl | 15.11.2016| Seite 25
Exposition
Sicherheitsberechnung
Sicherheitsfaktor = Verhältnis der (freien) Exposition am NOAEL im Tier zu der erwarteten (freien) Exposition im Mensch
z.B. AUC @ NOAL Tier AUC @ Dosis Mensch Wie hoch sollte der Faktor sein?
Gabrielsson 2007
Lowe et all 2009
E Stahl | 15.11.2016| Seite 26
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Pharmakokinetik
VomTierzumMensch?
• PK‐Parameter (CL, V, F)* Exposition (AUC, (Cmax))
100
CLtot = 0.4522 BW 0.7128 , r 2 = 0.9741
Man, calculated : 9.34 l/h (70 kg)
• Allometrie zum Körpergewicht
(Elimination CL, Verteilung Vss)
Man
10
Dog
1
T
l Cl
• Am Mensch ähnlichste Spezies
0,1
Rat
Mouse
0,01
0,01
0,1
1
10
100
Body Weight (kg)
(l/
• Physiologisch basierte Modelle
* t½= ln2/(CL/V)
(PhRMA, J Pharm Sci 2011; Zou et all, The AAPS Journal, June 2012)
E Stahl | 15.11.2016| Seite 27
IntegrierteRisikoBewertung
Toxikologie
Pharmakologie
incl. Sicherheitspharmakologie
Therapeutische
Dosis oder Konz.
MABEL
NOAEL
NOEL
Sicherheits‐
faktor
Sichere
Dosis
Pharmakologisch
aktive Spiegel
PK/PD
Pharmakokinetik
E Stahl | 15.11.2016| Seite 28
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Substanz 2345
– FirstInHuman
Indikation: Diabetes mellitus Typ2
Pharmakologie: Natrium‐Glucose Transporter
In vitro: ‐ Potent
Transporter IC50 10 nM Mensch
‐ Ratte relevant IC50 15 nM Ratte
‐ Selektiv
Subtyp IC50 >7000 nM
In vivo: Effektiv
‐ Diabetische ZDF Ratte ED50 0,6 mg/kg,
‐ Nomoglykämischer Hund ED50 0,9mg/kg
‐ Biomarker Glucose, HbA1c
Vorhersage Mensch:
therapeutisch 1mg/kg Mensch (CLkorr)
E Stahl | 15.11.2016| Seite 29
Substanz 2345–
Sicherheitspharmakologie
Dosis/Konz.
Beobachtung
hERG
IC50 >30µM
Keine Inhibition
Papillarmuskel
bis 10µM
Keine APD Veränderung
Telemetrie Hund
bis 100mg/kg
Ab 30mg/kg HF 
Atmung, Ratte
bis 2g/kg
keine
ZNS FOB
Maus und Ratte
bis 30mg/kg
und 2g/kg
keine
OK
E Stahl | 15.11.2016| Seite 30
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Substanz 2345
– Pharmakokinetik
In vitro:
‐ Metabolisiert via CYP3A4
‐ Transporter?
‐ Freie Fraktion größer im Menschen
in vivo: PK
‐ in Maus, Ratte, Hund
‐ Ableitung Mensch (CL, Vss, t½, F )
TK
‐ Hund 20x höhere Spiegel als Ratte
‐ Variabilität groß
‐ Dosisproportionalität ?
 z.T. spezies‐abhängig – Übertragbarkeit?
nicht‐linear?
E Stahl | 15.11.2016| Seite 31
Substanz 2345– Toxikologie
Studie
Dosis/Exposition
Beobachtung – Targets
Ratte
4 Wochen
p.o.
0
ab 30, 100
300 mg/kg
Glucose: Plasma, Urin, Diarrhoe
Leber (Bilirubin, ALT, AST, AP)
Niere (Urea , Einzelzellnekrose),
Erythrozyten
NOAEL 100mg/kg (LOAEL
300mg/kg)
Cmax 500 nM
AUC 4000 nM*h
Hund
4 Wochen
p.o.
0
ab 10
ab 30, 100
mg/kg
Cmax 1000 nM
AUC 8000 nM*h
Glucose: Plasma, Urin,
Diarrhoe, Erythrozyten
Niere (Tubulusdegeneration,
Nephritits), Prostataatrophie
NOAEL 10mg/kg (LOAEL 30
mg/kg)
E Stahl | 15.11.2016| Seite 32
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Substanz 2345
– Startdosis
Startdosis 0,5 mg – Sicherheitsabstände?
Allometrie der Dosis (HED)
Hund NOAEL 10mg/kg : 1,8 = 5,6mg/kg
60kg: 336mg: Sicherheitsabstand 672
(Ratte 100mg/kg : 6,2 = 16,1 mg/kg)
Exposition Mensch AUC extrapoliert: 30nM*h
Ratte AUC @ NOAEL 4000 nM*h
Sicherheitsabstand > 130 Niere! → Enges Montoring
maximale Exposition bis NOAEL Niere: 30mg/kg Hund
E Stahl | 15.11.2016| Seite 33
Substanz DAX998
– FirstInHuman
Indikation: Multiple Sklerose
Pharmakologie: Immunmodulator
In vitro: ‐ Potent , nur gering selektiv zu anderen Subtypen ‐ Rezeptor human EC50 (nM)
‐ Andere Spezies ??
In vivo: Effektiv
‐ Ratte und Hund Lymphozytenzahl
‐ Maus Modell EAE
Experimental autoimmune Encephalomyelitis
‐ Biomarker Überleben, histolog. Entzündung
Vorhersage Mensch ?
E Stahl | 15.11.2016| Seite 34
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Substanz DAX998–
Sicherheitspharmakologie
CV
Dosis/Konz.
Beobachtung
hERG
3 µM 22%
reduced
wenig Inhibition
Telemetrie Ratte
Bis 100 mg/kg
Höchste Dosis abends,
HF
Hund Narkose
i.v. bis 8mg/kg
Ab 1,4 mg/kg (3µg/ml)
BP , LVP , cardiac
output 
Telemetrie Hund
10 bis 100
mg/kg
Ab 30mg/kg (8µg/ml) BP
; NOAEL 10mg/kg
Atmung, Ratte
10 bis 100
mg/kg
100mg/kg expiratory
flow , pause ; NOAEL
30mg/kg
ZNS FOB, Ratte
bis 100mg/kg
keine
E Stahl | 15.11.2016| Seite 35
Substanz DAX998
– Pharmakokinetik
in vitro:
‐ Metabolisierung nicht via CYPs
in vivo: ‐ PK in Ratte, Hund ‐ niedrige Cl
‐ TK (10x) höhere Spiegel im Hund ‐ Unterproportional
E Stahl | 15.11.2016| Seite 36
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Substanz DAX998– Toxikologie
Studie
Dosis/Exposition
Beobachtung – Targets
Ratte
4
Wochen
p.o.
10, 30,100
10: Lunge (alveolare Histiocytose,
mg/kg
Hyalin, Ödem, Emphysem,
0,4, 2, 10 mg/kg Hyperplasie)
Immunsystem (Weiße
Blutkörperchen/ Lymphozyten,
Hypocellularity in Lymphknoten,
Milz, Thymus)
Erys , Hämatopoese Milz
 30:Leber Hypertophie
100: Flüssigkeit im Thorax
Lunge nicht reversibel
AUC 1000 nM*h
NOAEL 2 mg/kg
(LOAEL 10 mg/kg ?)
E Stahl | 15.11.2016| Seite 37
Substanz DAX998– Toxikologie
Studie
Dosis/Exposition
Beobachtung – Targets
Hund
4
Wochen
p.o.
Ab 0,4: Thymus hypocellular
10, 30,100
 2: Lunge (Histiocytose),
mg/kg

10: Immunsystem (Weiße
0,4, 2, 10 mg/kg
Blutkörperchen/ Lymphozyten,
Hypocellularity in Milz)
 30 Retikulozyten
 75:ZNS (Tremor, Rückwärtsbiegen,
Muskelverdrehung, unkoord.
Bewegung, Aktivität, 100: 2
abgetötete Tiere)
nicht voll reversibel
AUC 2000 nM*h NOAEL 0,4 mg/kg (LOAEL 2 mg/kg)
E Stahl | 15.11.2016| Seite 38
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Substanz DAX998– Startdosis
Startdosis 1 mg – Sicherheitsabstände?
Allometrie der Dosis (HED)
Hund NOAEL 0,4 mg/kg : 1,8 = 0,2 mg/kg
60kg: 12mg  Sicherheitsabstand 12
(Ratte 2 mg/kg : 6,2 = 0,3 mg/kg)
Exposition Mensch ? Abschätzung: Dosis/Plasmavolumen 0,3µg/l, ¼ CL Hund?
→ Startdosis ok
Lunge → Montoring Funktion (FEV, Forced Expiration Volume)
ZNS, Blutbild
E Stahl | 15.11.2016| Seite 39
Substanz NEU111
– FirstInHuman
Indikation: Virusinfektion
Pharmakologie: Proteaseinhibitor
In vitro:
‐ Potent
‐ Relativ selektiv
IC50 5 nM, EC50 10nM
Faktor 40
In vivo:kein Model
Pharmakokinetik: • In Ratte, Hund, Affe
• Inhibition von CYP3A4, CYP2C9, UGT1A1 und
Transporter (Pgp, BCRP, OATP) IC50 2‐10µM
E Stahl | 15.11.2016| Seite 40
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14.11.2016
Substanz NEU111–
Sicherheitspharmakologie
CV
Dosis/Konz.
Beobachtung
hERG
IC50 >40µM,
IC25 10µM
kaum Inhibition
Papillarmuskel
bis 30µM
Keine APD Veränderung
Telemetrie Affe
bis 250 mg/kg
Keine Cmax 40µg/ml
Atmung, Ratte
bis 300 mg/kg
keine
ZNS Irwin, Ratte bis 300 mg/kg
keine
OK
E Stahl | 15.11.2016| Seite 41
Substanz NEU111– Toxikologie
Studie
Dosis/Exposition
Beobachtung – Targets
Ratte
50
4 Wochen ab 125
p.o.
300 mg/kg
C4h 4 µM/ml
Leber? (Bilirubin, Gelbsucht)
Leber (ALT),
WBC/Lymphozyten
NOAEL 50mg/kg (Sponsor
300mg/kg)
Affe
ab 20
4 Wochen 100,250
p.o.
500 mg/kg
Leber? (Bilirubin)
Lymphatische Gewebe, Darm
Villi und Nebenniere
degeneration
NOAEL <20mg/kg
(Sponsor 250mg/kg)
Cmax 4 µM/ml
AUC 50 µM*h
FIH Dosis 5mg, dannach Dosiseskaltionsstudie
E Stahl | 15.11.2016| Seite 42
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Guidelines
EMA www.ema.europe.eu
regulators/human medicine/scientific guidelines
FDA www.fda.gov
drugs/guidance compliance / regulatory information
ICH www.ich.org (M3 (R2), S6, S9, S7…)
Bücher
Goodman and Gilman’s, The Pharmacological Basis of Therapeutics
Mutschler et all, Mutschler Arzneimittelwirkungen
Toxikologie….. E Stahl | 15.11.2016| Seite 43
VielenDankfürIhre
Aufmerksamkeit!
Kontakt
Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte
Klinische Studien
Kurt‐Georg‐Kiesinger‐Allee 3
53175 Bonn
Ansprechpartner
Dr. Elke Stahl
[email protected]
www.bfarm.de
Tel. +49 (0)228 99 307‐4317
Fax +49 (0)228 99 307‐4355
E Stahl | 15.11.2016| Seite 44
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