Alkuperämolekyylejä (API / NCE) · – ICH S1B: Testing for Carcinogenicity – ICH S1C: Dose Selection – ICH S2A: Specific aspects of Regulatory Tests – ICH S2B: Standard Battery

1

LLÄÄÄÄKKEEN KEKSIMISESTKKEEN KEKSIMISESTÄÄTUOTANTOONTUOTANTOON

Prekliininen Prekliininen tutkimus ltutkimus lääääkeaineen keksimisesskeaineen keksimisessää

Jari RatilainenTutkimuspalvelupäällikköJoensuun yliopistoPL 111, 80101 [email protected]

Lääkeainesynteesi II, Kuopion yliopisto

2

Alkuperämolekyylejä (API / NCE)CH3

CH3

NH

N

DETOMIDIINIDomosedan- eläinrauhoite (hevonen, nauta)

CH3

CH3

NH

N

CH3

MEDETOMIDIINIDomitor- eläinrauhoite (kissa, koira)

ON

CH3

CH3

Cl

TOREMIFEENIFareston- rintasyöpälääke

CH3

NH

N

ATIPAMETSOLIAntisedan- herättäjä-aine (Domitor-rauhoitteen vaikutuksen poisto)

OH

OHC

N

O

CH3

CH3

N+

OO

N

ENTAKAPONIComtess/Comtan- Parkinson-lääke

CH3

CH3

NH

NH CH3

DEXMEDETOMIDIINIPrecedex- tehohoidon aikainen analgeettinen sedatiivi

NNH

NH

NO

CH3 H

C

C

N

N

LEVOSIMENDAANISimdax- sydämen vajaatoiminnan hoito

2


3

Ihminen pH:n funktiona

• Lääkeaineelta vaaditaan monimuotoisuutta– oltava liukoinen vatsassa, kestettävä vatsahapot– neutraali/liukoinen ohutsuolessa, jos imeytyminen passiivisella

diffuusiolla– liukoinen verenkierrossa jakaantuakseen kudoksiin

• pH alue 2 – 7.4– vatsa pH n. 2– ohutsuoli pH n. 4.2– veri pH n. 7.4– eri kudokset normaalisti pH välillä 6-8


4

Lääkekehityksen perusstrategia

Olemassa oleva terapia-alue

• tutut indikaatiot, paljon tietoa saatavilla

• kova kilpailu• mahdollisuus menestyä

uusilla innovatiivisilla yhdisteillä (parempi vaikutusprofiili, turvallisempi, pitkävaikutteisempi, uusi vaikutusmekanismi)

Uusi terapia-alue

• uusi indikaatio, teoria vaikutusmekanismista

• kilpailu vähäistä• suuret riskit epäonnistua

vs. suuret voitot odottavat• tarvitaan paljon tieteellistä

osaamista

3


5

Kansainväliset ohjeet lääkekehityksessä(ICH-ohjeisto http://www.fda.gov/cder/audiences/iact/iachome.htm)

Multidisciplinary-ohjeet, yleisohjeetM1: Medical TerminologyM2: Electronic standards for Transmission of Regulatory Information (ESTRI)M3: Timing of Pre-clinical Studies in Relation to Clinical StudiesM4: The Common Technical Document (CTD)

M

Efficacy-ohjeet, kliiniset potilaskokeetE1: Exposure, E2: Clinical Safety, E3: Study Report, E4: Dose Response, E5: Ethnic Factors, E6: GCP, E7: Special Populations, E8, E9, E10: CT Design, E11: Pediatrics, E12: Therapeutic Categories

E

Safety-ohjeet, in-vitro ja in-vivo prekliiniset tutkimuksetS1: Carcinogenicity, S2: Genotoxicity, S3: Kinetics, S4:Toxicity, S5: Reprotox, S6: Biotech Safety, S7: Pharmacology, M3:

S

Quality-ohjeet, kemiallinen ja farmaseuttinen laadun varmistusQ1: Stability, Q2: Analytical Validation, Q3: Impurities, Q4: Pharmacopoeias, Q5: Biotechnologial quality, Q6: Specifications, Q7: GMP

Q


6

Lääkekehityksen vaiheet

DD Prekliininen kehitys

Markkinat

Tuotekehitys

Kliininen kehitys

API TK

Formulaatio TK

Rekisteröinti

NDA

Patentointi Faasi I Faasi III Myyntilupa

4


7

Aiheita

I. Prekliininen tutkimusII. TuotekehitysIII. Kliininen tutkimusIV. Tuotekehitys (API, formulaatio)V. TuotantoVI. Rekisteröinti


8

I Prekliininen tutkimus

1. Valitaan vaikutuskohde (kohdeproteiini, reseptori)

2. Keksitään vaikuttavat aineet (NCE)3. Farmakologinen testaus4. Toksikologinen testaus5. Farmakokinetiikka

5


9

1. Vaikutuskohde: Kohdeproteiini• Aktivointi (agonistit, medetomidiini,

detomidiini)• Deaktivointi (antagonistit,

atipametsoli)• Inhibointi (entakaponi, ei agonismia

eikä antagonismia)• Kohdeproteiinien validointi• Proteiinien reseptoreiden rakenteiden

määrittäminen• Kohdeproteiinien

toimintaperiaatteiden selvittäminen (mode of action)

N

NH

N

NH

N+

N

O

NO O

O

O

H

H


10

1. Vaikutuskohde: Kohdeproteiinin reseptorit

• Vain osa reseptorien rakenteista tunnetaan• CNS: esim.pre- ja postsynaptiset alfa-1 ja alfa-2

reseptorit– Alatyyppejä Alfa-2a, Alfa-2b, Alfa-2c ja Alfa-2d– Reseptorien rakenteita ei tunneta

• Estrogeenireseptorit– ER-alfa ja ER-beeta– Reseptoreiden rakenteet on määritetty

6


11

2. Vaikuttavien aineiden keksiminen

• TPP = target product profile, TMP = target molecule profile

• Prekliininen (ja kliininen) tutkimus tähtäähalutun TMP:n ja TPP:n saavuttamiseen– Ideaalitilanteessa markkinalähtöinen parametri

• Tehokas, pitkävaikutteinen, turvallinen, (spesifisesti vaikuttava) yhdiste, jolla riittävä markkinapotentiaali


12


Avainryhmät:• Syntetiikka• Molekyylimallitus• In-vitro ja in-vivo

farmakologia

Synteesi Mallitus Farmakologia

JatkokehitykseenJohtomolekyylit

MallitusMolekyyli-kirjastot

Lääkeaineen keksiminen (drug discovery)

7


13


• Olennainen osa alkuperälääkeainekehitystä(NCE API)

• Yhteistyö eri organisaatioiden välillä(kemistit, farmakologit, molekyylimallittajat, päättäjät)– Rakenne-vaikutustietojen kerääminen

• Yhteistyö eri yhteisöjen kanssa (yliopistot, verkottuminen)


14

2. Vaikuttavien aineiden keksiminen• Syntetiikka Drug Discoveryssä

– Kaikki keinot sallittuja kohdemolekyylien syntetisoimiseksi– Edellytys täysin uuden rakenne-vaikutustiedon keräämiseksi on

kohdemolekyylien onnistunut syntetiikka– Normaalit määrät 10 mg - 100 mg, puhtaus >90 %– Soveltavaa (perus) tutkimusta, syntetisoitavat yhdisteet

pääsääntöisesti täysin uusia– Teoriaosaaminen vs. käytännöllisyys tärkeitä ominaisuuksia

kemistille (käytä tervettä järkeä)– Helpot yhdisteet vs. monimutkaiset yhdisteet– Perinteiset analyysimenetelmät (NMR, MS, HPLC, GC)

8


15

2. Vaikuttavien aineiden keksiminen• Johtomolekyylien (Hit-yhdiste) löytäminen

ensimmäinen tavoite• Johtomolekyylin rakenteen optimointi (Lead-

molekyylin löytäminen, riittävä teho)• Lead rakenteen edelleen optimointi• Lopputuloksena pitäisi olla lääkeainekandidaatti

(DRUG CANDIDATE)• Rakenteiden suojaaminen patentoimalla


16


Johtoyhdisteen etsiminen• Lähtökohtana esim.

kilpailijan rakenteet (esim. toremifeeni vs. tamoksifeeni)

• Patenttiselvitykset• Kirjallisuustutkimukset• Omat teoriat vaikuttavista

rakenteista

TOREMIFEEN

Cl

ON

ON

TAMOKSIFEEN

9


17


Hitistä leadeihin• Rakenteen optimointi• Vaikutusprofilointi,

farmakokinetiikan parantaminen

• Patenttiselvitykset / patentointiSynteesi Mallitus Farmakologia

Johtomolekyylit

Leadit


18


Leadistä lääkeainekandidaattiin• Aktiivisuus nanomolaarisella tasolla• Rakenteen edelleen optimointi• Toksikologinen testaus• Patentointi• Optimoitu lead = Lääkeainekandidaatti

Leadit Lääkeaine-kandidaatti

Synteesi

Mallitus

Farmakologia

10


19


• Mitä merkitsee lääkeainekandidaatiksi nimittäminen– Ollaan valmiit viemään yhdiste pidemmälle / kliinisiin

kokeisiin – Rakenne on optimoitu melko pitkälle (ensimmäisen

generaation yhdiste)– Farmakologinen profilointi melko pitkällä– Alustavat toksikologiset kokeet suoritettu– Early ADME tehty / isoentsyymi-inhibitiot alustavasti

testattu


20


• Mitä seuraa lääkeainekandidaatiksi nimittämisestä– Tarkat farmakologiset testaukset

(kombinaatiovuorovaikutustestit muiden lääkeaineiden kanssa tarvittaessa, jos CYP-inhibitioita)

– Tarkemmat toksikologiset testaukset / pitkäaikaisvaikutusten testaaminen

– Farmakokineettinen profilointi– Synteesimenetelmän / menetelmien kehittäminen

11


21


• Hylkäyskriteerejä (vaikutuksiin liittyvät ongelmat)– Tehoton– Toksinen API tai toksinen metaboliitti– Farmakokineettiset ongelmat, ei imeydy, jää kudoksiin– Metaboloituu liian nopeasti, ei metaboloidu

/metaboloituu liian hitaasti– Partiaalinen agonisti (kun haluttiin antagonisti)– Havaittu liikaa sivuvaikutuksia (liian pieni

terapeuttinen leveys)


22


• Hylkäyskriteerejä (muita syitä)– Ei ole markkinoita / väärä TPP– Yhdiste on epästabiili (säilyvyysongelma,

tuotanto-ongelma)– Yhdiste on liian kallis valmistaa olemassa

olevaan markkinapotentiaaliin nähden (tuottaa valmistajalle tappiota)

– Ei tuo mitään uutta markkinoilla oleviin lääkkeisiin nähden (hinta jää alhaiseksi)

12


23

2. Vaikuttavien aineiden keksiminenSynteesiesimerkki

Ratilainen et al., PCT Int Appl (2001), WO 0185698

O Cl OAlCl3O

BrBr2CH3COOH

C5H5N

C6H6

CH2Cl2 CH2Cl2

O OO

Ac2O

O OBrBr2

O NNHNH3

NH2CHO

NNH

I II III IV

VVI VII

VIII

N2H4

O

IX

H2SO4MeOH


24

2. Vaikuttavien aineiden keksiminen• Molekyylimallitus

– Farmakoforimallitus (reseptorimalli, yhdistejoukkomalli)

– Virtuaaliskriinaus, reseptorimalli– Kohdemolekyyli-ideoiden priorisointi– Kemisti - molekyylimallittaja vuorovaikutus tärkeä– Lopputulos korkeintaan yhtä hyvä kuin malli– Tietokoneisiin liittyvä perustotuus: Garbage in -

Garbage out

13


25


• Syntetiikka prekliinisessä tutkimuksessa– Syntetisoidaan uusia omia kohdeyhdisteitä (drug discovery,

rasemaatit vs. optisesti aktiivinen synteesi)– Eristetään enantiomeerejä– Syntetisoidaan kilpailijoiden yhdisteitä– Kehitetään uusia synteesimenetelmiä– Skaalataan synteesiä ylöspäin (tuotekehitys)– Syntetisoidaan epäpuhtausstandardeja– Syntetisoidaan hajoamistuotteita (säilyvyystutkimukset)– Syntetisoidaan metaboliitteja– Syntetisoidaan leimattuja aineita


26


• Metaboliittien syntetiikkaA. Lähtöaineena APIB. Kaupallinen lähtöaine, menetelmä samaC. Uusi menetelmä sopivan lähtöaineen tekemiseksi tai

metaboliitin tekemiseksi

14


27

Metaboliittien syntetiikka (Lähtöaineena API)

Esim. Hydroksimidatsolam

N

N

N

Cl

FCH2Cl2

MCPBAN

N

N

Cl

F

O

OO

Ac2O

N

N

N

Cl

F

O

O

PCl3CH2Cl2

N

N

N

Cl

F

OO

NaOMe

MeOHN

N

N

Cl

F

OH

MIDATSOLAM


28

Metaboliittien syntetiikka (Kaupallinen lähtöaine)

Esim.NH

O

OHS

O2N

NH

O

OHS

O2N

O

OH

O

O

NH2

O

OH

O2N

Cl

O

DMA

NH

O

OH

O2NO CH2Cl2

MCPBA NH

O

OH

O2NO

O

SH

NH

O

OH

O2NO

SOH

MCPBA

CH2Cl2

NH

O

OH

O2NO

SOH O

O

15


29

Metaboliittien syntetiikka (Uusi menetelmä)

Esim. NH

O

OHS

O2N

NH

O

OHS

O2N

OH

O

O

NH2OH

O2N

Cl

O

DMA

NH

OH

O2NO

CH2Cl2

MCPBA

NH

OH

O2NO

OSH

NH

OH

O2NO

SOH

MCPBACH2Cl2

NH

OH

O2NO

SOH O

O

NH2OH

O2N

O


30

Leimattujen aineiden syntetiikka

Esim. NH

O2NO

SOH

NH

O2NO

S

D D

OH D

D D

NH

O2NO

S

DD

OH D

D D

DD

CD3

O

O

MCPBA

CH2Cl2

DD

CD3

O

OO

HBr

CH2Cl2

Br

D D O

OCD3 OH

Br

D D O

OHCD3 OH

HCl

SOCl2DMA

NH2

O2N

NH

O2NO

Br

D D

OH D

D DSH

16


31

3. Farmakologinen testaus

• In-vitro (solumallit) vs. in-vivo (eläinmallit)• Farmakologinen profilointi rakenteen

optimoinnin tuloksena– Esim. oraalisesti vaikuttava aine– Haluttu TMP

• Tavoitteena haluttu TPP• In-vitro tulosten tulkinta !!!


32


Esimerkki 1: Minkä molekyylin valitset in-vivo kokeisiin ja miksi:

NH

S

O

OH

B

XA

NH

S

O

OH O

OB

XA

NH

S

O

OH O

OB

XY

Molekyyli Binding 0.2 µM Binding 2.0 µM

80 80

90 95

75 85

17


33


Esimerkki 2: Minkä molekyylin valitset in-vivo kokeisiin ja miksi:

NH

S

O

OH

B

XA

NH

S

O

OH O

OB

XA

NH

S

O

OH O

OB

XY

Molekyyli Binding0.2 µM

Binding2.0 µM

Agonismi (%)

Antagonismi (%)

80 80 100 0

90 95 0 0

75 85 70 30


34

3. Farmakologinen testaus• Farmakologia / HTS

– Molekyylien seulonta• Luotettavat skriinaustulokset / oikeat

johtopäätökset– antagonismi vs. toksisuus

• Liukoisuus– vaikuttamaton vs. liukenematon

• Nopea tulospalvelu perusedellytys tehokkaalle rakennesuunnittelulle

• Omat yhdisteet / molekyylikirjastot• in-vitro / in-vivo korrelaatio

18


35

3. Farmakologinen testaus• In-vitro / in-vivo korrelaatio

– useinkaan in-vitro binding tulos EI korreloi in-vivo vasteen kanssa• Liukoisuus vaikuttaa aineen imeytymiseen• Aineen rakenne vaikuttaa sen stabiilisuuteen• Metabolianopeus vaikuttaa APIn muuttumiseen vaikuttavasta

inaktiiviseen tai eri tavalla vaikuttavaan muotoon jolloin aineen IC50 (antagonisti) tai EC50 (agonisti) eroaa alkuperäisestä arvosta

• Havaittu in-vivo vaste voi olla myös APIn ja aktiivisen metaboliitin aiheuttamien vaikutusten summa

• In-vitro / in-vivo korrelaatio vaikea ennustaa– Jos ei ole käsitystä aineen imeytymisestä ja metaboliasta, havaittua

in-vitro/in-vivo eroavaisuutta ei voi selittää, vaan johtopäätös on usein virheellinen


36

4.Toksikologinen testaus

• Akuutti toksisuus• Pitkäaikaisvaikutusten aiheuttama toksisuus• Ames-testi / genotoksisuus• Sytotoksisuus• Johto- ja lead-yhdisteiden rankkaus• ICH S ohjeet

19


37


• ICH S-ohjeet– ICH S1A: Need for Carcinogenicity Studies– ICH S1B: Testing for Carcinogenicity– ICH S1C: Dose Selection– ICH S2A: Specific aspects of Regulatory Tests– ICH S2B: Standard Battery of Tests– ICH S3A: Toxicokinetics– ICH S3B: Pharmacokinetics– ICH S4A: Duration of Chronic Toxicity Testing in Animals

(Rodent and Non Rodent Toxicity Testing)

http://www.fda.gov/cder/audiences/iact/iachome.htm


38


• ICH S-ohjeet– ICH S5A: Toxicity to Reproduction– ICH S5B: Male Fertility– ICH S6: Safety Studies for Biotechnological Products– ICH S7: Safety Pharmacology Studies

• http://www.fda.gov/cder/audiences/iact/iachome.htmPrekliinisessä tutkimuksessa lisäksi• ICH M3: Timing of Pre-clinical Studies in Relation to

Clinical Trialswww.ifpma.org

20


39

4.Toksikologinen testausToksisuuden kannalta kyseenalaisia funktionaalisia rakenteita• Elektrofiilit: karbonium-, nitrenium-, diazonium-, aziridinium-,

episulfonium

RH

H+ R N

H+ R N N

+OH-

NR

R+ +S R

• Prekursorit: fosfoni- ja sulfonihappojen alkyyliesterit, monohaloalkeenit, N-(hydroksimetyyli)yhdisteet, alkyylihalidit

ClN OH

HClP

O

OOS

O

OO


40

4.Toksikologinen testausToksisuuden kannalta kyseenalaisia funktionaalisia rakenteita• Prekursorit: Nitro-yhdisteet, N- ja S-alkyylihalidit, epoksidit,

alkyylihydratsiinit, 1,2-dibromoalkaanit, aromaattiset azoyhdisteet, aromaattiset mono ja dialkyyliamiinit, N-kloroamiinit, propiolaktonit, alkyyli N-nitrosoamiinit

N+

O

O

N+

O

OS

Cl N

Cl

N

NO

NO

O

O NN

H

BrBr

21


41

4. Toksikologinen testaus• Kuinka toksisuuteen voidaan vaikuttaa?

– Estetään pääsy kudokseen, jossa ongelmat esiintyvät– Pienennetään ongelmaa komlementaarisilla

substituenteilla

O2N

R1 NH

R2lip

OO2N

R1 NH

R2pol

O

O2N

R1 NH

R2

O

R1 NH

R2

O

N


42

4. Onko nitroryhmä ongelma?• Riippuu usein siitä, mitä muuta rakenteessa on ja kuinka asemoitunut

rakenteeseen• Reaktiivisuutta elimistössä voidaan arvioida esim. yhdisteen

kemiallisen reaktiivisuuden avulla

O2N O2N

OH

O2N

O

O2N

O

OH

O2N O2N

OH

O2N

O

O2N

OH O

22


43

5. Farmakokinetiikka

• Selvitetään APIn kulkeutuminen koe-eläimessä (ihmisen farmakokinetiikka)

• Yhdisteiden rankkaus• Lipinski: Rule of five• ADME-tutkimukset• Isoentsyymi-inhibitiot

– CYP-inhibitio


44

5. Farmakokinetiikka: ADME

• ADME– Imeytyminen: aineen oltava normaalisti

liukoisessa neutraalissa muodossa imeytyäkseen passiivisella diffuusiolla

– Jakautuminen: tapahtuu normaalisti verenkierron kautta eri kudoksiin

– Metaboloituminen: API metaboloituu tyypillisesti maksassa isoentsyymien toimesta

– Erittyminen: ulosteiden, tyypillisesti virtsan mukana

23


45

5. Farmakokinetiikka: Metabolia

• Metabolia useimmiten estää in-vitro potentin aineen in-vivo aktiivisuuden– Antagonistia tehtäessä on kyettävä hallitsemaan metaboliaa, koska

antagonistilta vaaditaan riittävää (usein pitkää) vaikutusaikaa in-vivo vasteen aikaan saamiseksi

– Agonistilla riittää usein muutaman tunnin reseptoristimulaatio in-vivo vasteen aikaan saamiseksi, metabolia on helpommin hallittavissa kuin antagonistin tapauksessa

– Elimistössä tapahtuu mm. hapetus-, pelkistys-, eliminaatio-, glukuronidaatioreaktioita

– Metaboliaan on mahdollista vaikuttaa molekyylin perusrakennetta muokkaamalla, in-vitro aktiivisesta molekyylistä voidaan tehdä in-vivo aktiivinen jos metabolia kyetään hallitsemaan


46


• Hapettumisreaktio– Aromaattinen alkyyli

R ROH

RO

RO

OH

–Heteroatomit N, S

RN

RN

+

OR

SR

SO

O

24


47


• PelkistymisreaktioO

R

OH

R

• Eliminaatioreaktio, esim. dealkylaatio

R R

RN

RNH


48

5. Farmakokinetiikka: Metabolia• Metaboliaan voidaan vaikuttaa

– halogeenit (lähes missä päin rakennetta tahansa)– bulkit substituentit (metaboloituvan kohdan

läheisyydessä)– steerisyys / kemialliseen reaktiivisuuteen vaikuttaminen

(metaboloituvassa kohdassa)

NH

O

OF

OH

NH

O

OOH

25


49

II TuotekehitysSynteesimenetelmän kehittäminen• Synteesimenetelmän alustava optimointi (saanto,

konversio)• Synteesimenetelmän skaalaus• Yhdisteen tuottaminen (1g - 1 kg)GMP / GLP• SOP-ohjeistot• Tilojen siisteys• Valvonta (lääkelaitos, QA)


50

APIn synteesikehitys

• Synteesin skaalaus– 2 l - 10 l reaktorit– prosessikehitys isompaan skaalaan– ensimmäiset 20 kg vaikeinta valmistaa

• GMP työskentely– reaktoreiden merkinnät– koulutettu henkilöstö– reaktoreiden pesut (ristikontaminaatio)

• Raportointi

26


51

GMP/GLP periaatteet

• Good manufacturing practice, suosituksia jotka täyttävät tietyt lakipykälät

• Good laboratory practice, yrityksellä oma GLP säännöstö

• Ihmiskokeisiin menevät erät GMP:n mukaan tuotettuja

• Perusperiaatteena on käytettyjen lähtö-ja raaka-aineiden jäljitettävyys


52

GMP/GLP periaatteet

• Jos ei ole dokumentoitu, sitä ei ole tehty• SOP täytyy olla kaikelle mikä vaikuttaa

tuotteen laatuun• Noudatetaan soppia, kirjataan asiat ylös• Kehitystyö on ns. harmaata aluetta (esim.

synteesikehitys GMP:n mukaan)

27


53

GMP periaatteet

• Synteesivaiheen protokolla etukäteen• Noudatetaan kirjaimellisesti• Muutos protokollassa johtaa aina raporttiin• GMP tuotanto alkaa lähtöaineista• Ei tiukkoja ohjeita alkuvaiheessa• Taso kasvaa synteesityön edistyessä


54

GMP vähimmäisvaatimukset

• Laite ja materiaalikontrolli (reaktoreiden numeroinnit, pesut, lähtö- ja raaka-aineiden spesifikaatiot)

• Dokumentaatio• Jäljitettävyys

28


55

APIn formulaatiokehitys

Formulaatiotyyppejä• Tabletti (oraalinen), Toremifeeni, Entakaponi• Inhalaattori• Kapseli (esim ihon alle)• Infuusioneste• Injektio, Domosedan, Domitor, Antisedan• Voide• Laastari• Peräpuikko


56

APIn formulaatiokehitys

Tavoitteet• Valmistelee tuotteen viemistä kliinisiin

kokeisiin• Formulaation optimointi• Testaa yhdisteen prosessoituvuutta• Testaa valmisteen stabiilisuutta

29


57

Formulaatioesimerkki

Ketorin 25 mg• Ketoprofen 25 mg• Mannitoli• Maissitärkkelys• Selluloosa• Natriumtärkkelysglykolaatti• Povidoni• Magnesiumstearaatti

O

O

OH


58

Prekliininen tutkimus vs. APIntuotekehitys

Tutkimus• Vapaus kokeiluihin• Kallista• Hidasta• 10 mg – 5 g• Tiedettä

Tuotekehitys• SOP-ohjeisto• ICH-ohjeisto• GMP / GLP• 5 g – 1 kg

30


59

III Kliininen tutkimus

• Erittäin kallis lääkekehityksen vaihe• Tarkoin säädeltyä toimintaa• Kansainväliset ICH E-ohjeet• Testaa lääkeaineen ja formulaation

toimivuutta käytännössä


60

ICH E-ohjeet

• ICH E1: The Extent of Population Exposure to Assess Clinical Safety

• ICH E2A: Definitions and Standards for Expedited Reporting

• ICH E2B: Data Elements for Transmission of ADR Reports including M2

• ICH E2C: Periodic Safety Update Reports• ICH E3: Structure and content of Clinical Study Reports• ICH E4: Dose-Response Information to Support Drug

Registration

31


61

ICH E-ohjeet• ICH E5: Ethnic Factor in the Acceptability of Foreign

Clinical Data• ICH E6: Good Clinical Practice (GCP)• ICH E7: Clinical Trials in Special Populations – Geriatrics• ICH E8: General Considerations• ICH E9: Statistical Principles for Clinical Trials• ICH E10: Choice of Control Group• ICH E11: Clinical Investigation of Medicinal Products in

the Pediatric Population• ICH E12A: Clinical Trials on Antihypertensives



62

Kliiniset kokeet

• Faasi I• Faasi II• Faasi III• Faasi IV

32


63

Faasi I

• Terveet vapaaehtoiset (muutama kymmenen)• Kerta annos• Tutkitaan onko haluttua vaikutusta• Tutkitaan onko mahdollisia sivuvaikutuksia• Etsitään rajaa, mitä voidaan annostella tulevissa

kokeissa• Selvitetään aineen farmakokineettisiä

ominaisuuksia


64

Faasi II

• Vapaaehtoiset potilaat (noin sata henkilöä)• Faasi IIa POC

– Lääkkeen toimintamekanismin varmistus• Faasi IIb

– Haetaan lääkkeen annostelu– Tutkitaan lääkkeen siedettävyys

33


65

Faasi III

• Potilaskokeet (tuhansia potilaita, indikaatiosta riippuen)

• Sokkoutetut kokeet• Yhdisteen tehon osoittaminen, yhdisteen

turvallisuus, haittavaikutusten selvitys• Tuotekehityksen osalta projekti oltava valmis

ennen faasi III alkua (API/Formulaatio)• Potilaskokeet kaupalliseksi ajatellulla

formulaatiolla


66

Faasi IV

• Seurataan tuotteen vaikutuksia markkinoilla– Oltava valmiina reagoimaan mahdollisiin

negatiivisiin uutisiin• Turvallisuustutkimukset• Uudet indikaatiot

34


67

Miksi Faasi I - Faasi IV

• Kansainväliset ohjeet (esim. ICH E-ohjeet) viranomaismääräykset

• Selkeä jaottelu, läpäiseekö yhdiste kriteerit• Yhdisteen kehitys voidaan lopettaa vielä

kliinisten kokeiden aikana• Yhdiste voidaan vetää tarvittaessa pois

markkinoilta


68

Kliinisten kokeiden tarkoitus

Kliinisten kokeiden tuloksena selviää• Yhdisteen todelliset vaikutukset ihmisiin• Yhdisteen turvallisuus• Yhdisteen annostelu• Prekliinisten tulosten validius

35


69

Annostelu riippuu

• Yhdisteen tehosta• Yhdisteen terapeuttisesta leveydestä• Yhdisteen vaikutuksen kestosta• Metaboliasta• Kehosta poistumisesta


70

Formulaatio

Halutuin formulaatio• Tabletti (oraalinen annostelu, halvin, helppo

tehdä), annostelu kerran vuorokaudessa

Jos terapeuttinen alue on kapea• Jokaiselle potilaalle tehtävä

henkilökohtainen annostelusuunnitelma (verenkuvan määritys), tuo lisäkustannuksia

36


71

Yhteenveto

• Prekliininen tutkimus on mukana koko tuotteen kehityskaaren ajan

• Kliinisten kokeiden aikana tehdään vielätuotteen kannalta olennaisia tutkimuksia (turvallisuus, metabolia, säilyvyys, metaboliittien farmakologia ja kinetiikka)

• Kliinisissä kokeissa varmistetaan TPP


72

IV TUOTEKEHITYS

IV.1 API / NCE tuotekehitysIV.2 Formulaation tuotekehitys

API TK

Formulaatio TK

37


73

IV.1 API / NCE tuotekehitys

• Tuotekehitys tähtää kannattavaan tuotantotoimintaan

• Kulujen minimointi = voiton maksimointi• Kansainvälisten sääntöjen ja ohjeiden

mukaista toimintaa (ICH Q-ohjeet)• Tuotekehityksen aikana jokainen

synteesivaihe optimoidaan


74

ICH Q-ohjeet• ICH Q1A: Stability Testing of New Drugs and Products• ICH Q1B: Photostability Testing• ICH Q1C: Stability Testing for New Dosage Forms• ICH Q1D: Bracketing and Matrixing Designs for Stability Testing of

Drug Products• ICH Q2A: Text on Validation of analytical Procedures• ICH Q2B: Methodology• ICH Q3A: Impurities in New Drug Substances• ICH Q3B: Impurities in New Drug Products• ICH Q3C: Impurities: Residual Solvent• ICH Q4: Pharmacopoeial Harmonisation


38


75

ICH Q-ohjeet

• ICH Q5A: Viral Safety Evaluation• ICH Q5B: Genetic Stability• ICH Q5C: Stability of Products• ICH Q5D: Cell Substrates• ICH Q6A: Chemical Substances with its Decision Trees• ICH Q6B: Biotechnological Substances• ICH Q7A: GMP for Active Pharmaceutical Ingredients

Lisäksi• BACPAC I: Intermediates in Drug Substance Synthesis



76

Synteesireitin valinta

• Käytännöllinen• Mahdollisimman vähän vaiheita• Taloudellinen (halvat lähtö- ja raaka-aineet)• Testataan useampia reittejä (3-5), valitaan

paras joka optimoidaan

39


77

Minkä reitin valitset?

OHCl

O

OO

NH2

OOH

NH

REITTI 1

N

REITTI 2

NO

NOH

O

REITTI 3

OH O

O CH3NO2

O

OH

NO2 O

H2, PtO2

Reitti 1 on lyhin ja taloudellisesti kannattavin


78

Synteesireitin optimointi

• Korkea saantoprosentti tärkeä• Korkea konversioprosentti tärkeä• Konversio (lähtöaineen muuttuminen tuotteiksi)• Saanto (halutun tuotteen eristetty määrä)• Konversio 10%, saanto 90%, kokonaissaanto 9%,

lähtöainetta jäljellä 90%• Konversio 50%, saanto 90%, kokonaissaanto 45%,

lähtöainetta jäljellä 50%• Konversio 100%, saanto 90%, kokonaissaanto 90%,

lähtöainetta jäljellä 0%

40


79

Lähtö- ja raaka-aineet

• Lähtöaine voi olla yhdiste, joka muodostaa merkittävän osan kohdemolekyylistä

• Lähtöaineen statusta ei voi antaa viimeiselle välituotteelle• Raaka-aineita ovat prosessissa käytettävät muut aineet,

joita ei luokitella lähtöaineiksi (katalyytit, liuottimet)• Lähtöaineiden järkevä määrittäminen tärkeä• Lähtöaineella on spesifikaatio• GMP-tuotanto alkaa lähtöaineista

• ICH Q7A


80

Määritä lähtö ja raaka-aineetO Cl OAlCl3

OBrBr2

CH3COOH

C5H5N

C6H6

CH2Cl2 CH2Cl2

O OO

Ac2O

O OBrBr2

O NNHNH3

NH2CHO

NNH

I II III IV

VVI VII

VIII

N2H4

O

IX

H2SO4MeOH

41


81

Määritä lähtö ja raaka-aineet

N

CNMgBr

THFN

ONH2

TiCl4 Et3N

NH3

NH4Cl, H2OTolueeni

N

N

EtOH

Raney-Ni

H2

N

NEtOH

H2Pd/C

HCl N

NH2 OH

O

O

O

O

PPh3

CCl4Et3N

O

O

O

O

N

NH

NaOH

O

O

OH

O

N

NH


82

Lähtöaineiden määrittely eri tilanteissa (ICH Q7A)

Physical processing and packaging

Isolation and purification

Introduction of the cells into fermentation

Maintenance of the cell bank

Establishment of cell bank

Classical fermentation to produce an API



Cell culture and/or fermentation

Maintenance of working cell bank

Establishment of master cell bank and working cell bank

Biotechnology: fermentation/ cell culture


Cutting/ comminuting

Collection of plants and/or cultivation and harvesting

API consisting of comminuted or powdered herbs


Further extractionCutting and initial extraction

Collection of plants

Herbal extracts used as API



Introduction of the API Starting Material into process

Cutting and initial extraction(s)

Collection of plants

API extracted from plant sources




Cutting, mixing and/or initial processing

Collecting of organ, fluid or tissue

API derived from animal sourses



Production of Intermediates


Production of the API Starting Material

Chemical manufacturing

42


83

Miksi lähtöaineella ja raaka-aineella on spesifikaatio

Spesifikaation tärkein tehtävä!!Säätelee epäpuhtauksien menemistä prosessiin

• Tuotekehityksen tavoitteena tehdäprosessista mahdollisimman robusti

• Spesifikaatio ei saa olla liian tiukka (99.9 %), ongelmaksi tulee lähtöaine-erien hylkääminen


84

Synteesireitin optimointi• Jokaiselle vaiheelle kehitetään HPLC-

reaktionseurantamenetelmä• Epäpuhtausprofiilin määritys välituotteille• Tunnistetaan epäpuhtaudet ja seurataan niiden

kulkua prosessissa• Eristysmenetelmät välituotteille, in-situ

välituotteet• Epäpuhtauksien spaikkaus (= lisätään epäpuhtautta

sekaan ja seurataan kuinka se poistuu prosessin eri vaiheissa)

43


85

Reaktiovaiheen optimointi

• Lämpötila / lämpötilaprofiili• Reaktioaika• Stoikiomeeriset suhteet• Panostusjärjestykset• Panostusajat• Määritetään prosessin kannalta kriittiset parametrit

(esim. lämpötilat, PH)• MODDE / SIMCA• Raportointi


86

Välituote

• Välituotteella oma spesifikaatio (pitoisuus, epäpuhtaudet)

• Välituotteella oma analyysimenetelmä• Eristettävät välituotteet, liuotinmärät

välituotteet, liuottimessa panostettavat välituotteet (in-situ välituotteet)

• Epäpuhtauksien spaikkaus

44


87

Määritä välituotteetO Cl OAlCl3

OBrBr2

CH3COOH

C5H5N

C6H6

CH2Cl2 CH2Cl2

O OO

Ac2O

O OBrBr2

O NNHNH3

NH2CHO

NNH

I II III IV

VVI VII

VIII

N2H4

O

IX

H2SO4MeOH


88

Määritä välituotteet

N

CNMgBr

THFN

ONH2

TiCl4 Et3N

NH3

NH4Cl, H2OTolueeni

N

N

EtOH

Raney-Ni

H2

N

NEtOH

H2Pd/C

HCl N

NH2 OH

O

O

O

O

PPh3

CCl4Et3N

O

O

O

O

N

NH

NaOH

O

O

OH

O

N

NH

45


89

Lopputuote API / NCE

• Kehitetään analyysimenetelmä• Kehitetään eristysmenetelmä,

loppukiteytysmenetelmä• Määritetään spesifikaatio• Määritetään epäpuhtausprofiili• Jokainen yli 0.1 % oleva epäpuhtaus on tunnettava

ja vaikutukset selvitettävä• Epäpuhtauksien spaikkaus• Polymorfiatutkimukset


90

Määritä lopputuote

N

CNMgBr

THFN

ONH2

TiCl4 Et3N

NH3

NH4Cl, H2OTolueeni

N

N

EtOH

Raney-Ni

H2

N

NEtOH

H2Pd/C

HCl N

NH2 OH

O

O

O

O

PPh3

CCl4Et3N

O

O

O

O

N

NH

NaOH

O

O

OH

O

N

NH

46


91

Prosessin skaalaus

• Simuloidaan tehdasolosuhteita(panostusajat)

• Verifioidaan synteesioptimointi isommassa skaalassa

• Tarvittaessa muutetaan prosessia toimivammaksi, turhat eristykset pois


92

Pilotointi

• Viimeinen vaihe ennen tehtaalle siirtoa• 10 kg - 500 kg skaala• Pilotoinnin aikana skaalaa nostetaan

tehdasolosuhteita vastaavaksi• Prosessin turvallisuus avainasia

47


93

Yhteenveto kehityksestä

• Prosessikehityksen aikana määritetään prosessin robustisuus

• Epäpuhtauksien kulkeutuminen määritetään spaikkaamalla eri välivaiheissa

• Loppukiteytyksen puhdistuskyky optimoidaan

• Tuotekehityksen jälkeen menetelmän on toimittava rutiinisti


94

IV.2 Formulaation tuotekehitys

• Jatkoa prekliinisessä vaiheessa tehdylle formulaation kehitykselle (suuremmassa mittakaavassa)

• Oltava valmiina ennen Faasi III alkua• Prekliinisen tutkimuksen osuus erittäin tärkeä,

Kliininen Faasi II (API:n määrä formulaatiossa)• Tabletti toivotuin (oraalisesti aktiivinen)• Muita kapseli, inhalaattori, injektio, infuusio,

laastari, voide, peräpuikko

48


95

Formulaation tuotekehitys• API:n prosessoituvuus tärkeää• Kidekoko (µm) vaikuttaa prosessoituvuuteen,

mikronointi• Kidekoko vaikuttaa API imeytymiseen

formulaatiosta (bioekvivalenssikokeet eri kidesuuruuksille)

• Sidosaineet• Lisäaineet• Tehokas API, vähän vaikuttavaa ainetta

formulaatiossa (formulaation koko pieni)• QA-seuraa jokaista formulaatioerää


96

V API tuotanto

• Emali ja teräsreaktorit (-20 - + 160)• Painesuodattimet• Eristys lingoilla (10 - 200 kg kerrallaan)• Kuivaus erityisissä kuivaimissa

(kartiokuivaimet)• Lopputuotteiden mikronointi (jauhaminen)• Tuotantomäärät useita tonneja, kymmeniä

tonneja / vuosi

49


97

Panostettavat aineet

Kuiva-ainepanostukset• staattinen sähkö, pölyäminen, kipinävaaraLiuottimet• höyryt, liuotinaltistus, tulipalonvaaraLiuoksessa panostettavat• jos prosessi sallii eristämättömän välituotteen

rutiinisti, jos välituote erittäin potentti• tuotannossa käytetään pääsääntöisesti

typpiatmosfääriä, poikkeuksena hapetukset


98

Tuotantoon soveltuvat liuottimet

• Vesi• Alkoholit, (metanoli), etanoli, propanoli,

IPA• Tolueeni, ksyleeni• (THF)• DMFICH Q3C: Impurities: Residual solvents

50


99

Tuotannossa vältettävät liuottimet

• Bentseeni• Dioksaani• Halogenoidut hiilivedyt• Eetterit (dietyylieetteri)• SOCl2, väkevä H2SO4


100

Tuotantoon soveltuvia reaktioita

• Alkyloinnit (C-C, C-N)• Asyloinnit• Amidoinnit, esteröinnit• Halogenoinnit (Br, Cl)• Grignardit• Hydraukset (Pd, Pt)• Pelkistykset (NaBH4, LiAlH4)• Hapetukset

51


101

Tuotannossa vältettäviä olosuhteita• Reaktioaika hyvin lyhyt (menee yli), ei

ennätetä panostaa• Kosteusherkät menetelmät• Eksotermiset reaktiot• Laimeat reaktioseokset (jäteongelma)• Huonot saannot (jäteongelma)• Korkeat lämpötilat, matalat lämpötilat

(käytettävä alue -20 - +160)


102

Vältettävät reagenssit

• Voimakkaat hapot liuottimena (SOCl2)• Hydridit reagenssina (NaNH2, NaH)

52


103

Prekliininen syntetiikka /API tuotekehitys / API tuotanto

PK syntetiikka • synteesin kehitys

viikkoja• synteesireitin

läpivienti 1 viikko

• koko 10 mg-5g• kalliit lähtöaineet

Tuotekehitys• synteesin

optimointi jopa kuukausia

• synteesireitin läpivienti 1 kuukausi

• koko 1-500 kg• halvat lähtöaineet

Tuotanto• ei

synteesikehitystä • prosessin erän

läpivienti 1 kk -1v

• tuotanto 1000kg-• halvat lähtöaineet


104

VI Rekisteröinti

• IND koelupahakemus• NDA new drug application• DMF drug master file• CTD common technical dokument

53


105

Koelupahakemukset

• Lääkkeen rekisteröinti alkaa koelupahakemuksista• Faasi I, Faasi II ja Faasi III kokeille erikseen• Sisältää seikkaperäisen selvityksen synteesireitistä• Sisältää prekliiniset tiedot• Sisältää API:n spesifikaation• Täydentyy kliinisten kokeiden edistyesssä• Eurooppa, USA eroavat toisistaan• Tehdään kansainvälisten ohjeiden mukaan


106

DMF

• Sisältää koko API NCE tuotekehityshistorian

• Sisältää tiedot mihin kokeisiin erät on käytetty (kliiniset, toksikologiset jne)

• Sisältää API:n epäpuhtausprofiilin• Oltava valmiina kun haetaan NDA:ta

54


107

NDA

• Myyntilupahakemus• Jopa 150000 sivuinen asiakirja• Edellytys markkinoille pääsemiseksi• Eurooppa, USA, aasia


108

Uusien reittien kehittäminen jo olemassa olevalle tuotteelle

Br

Br +OO

NaOHBu4NBr

C7H8

VesiO

EtI

tBuOK

O OBr

N

NH

I II III

IV V VI

Wong et al., Synthesis, 1995, 139-140

55


109

Uusien reittien kehittäminen jo olemassa olevalle tuotteelle

• Uusi reitti, eri lähtöaineet, erilainen epäpuhtausprofiili

• Toksikologiset kokeet uudella epäpuhtausprofiililla

• Faasi I kliiniset kokeet• Uudelleen rekisteröinti• Saavutettavan hyödyn oltava merkittävä,

ennen kuin tähän ryhdytään


110

Yhteenveto

DD Prekliininen kehitys

Markkinat

Tuotekehitys

Kliininen kehitys

API TK

Formulaatio TK

Rekisteröinti

NDA

56


111

Yhteenveto

• Lääkeaineen kehitysaika 10-20 vuotta– Kliininen vaihe kestää tietyn ajan (4-8 vuotta)– Kehitysajan lyhentäminen edellyttää yleensä drug

discocery-vaiheen tehostamista • Hinta 100-1000 miljoonaa euroa molekyyliä kohti• Peruspatentin suoja 20 + 5 vuotta

– Patentointistrategia tärkeä lääkeyrityksille– Tuotteen lifecycle-management

• Tuotteen eksklusiviteetti normaalisti 5-15 vuotta

Documents

Alkuperämolekyylejä (API / NCE) · – ICH S1B: Testing for Carcinogenicity – ICH S1C: Dose Selection – ICH S2A: Specific aspects of Regulatory Tests – ICH S2B: Standard Battery