生物药物的临床前安全性评价-中文版

1生物药物的非临床安全性评价

生物药物一般把通过基因工程、细胞工程、蛋白质工程、DNA重组技术或其他生物技术生产出来的药物叫做生物药物利用微生物、细胞组织、动物毒素、寄生虫等一些生物体作为原始材料，通过生物化学技术和生物工程工艺获得的具有生物活性的中间产物或制剂生物药物的分类ProteinderivedRecombinantandfusionproteinsEnzymereplacementtherapiesCytokinesMonoclonalantibodiesandderivativesPeptides(hormoneandother)

NucleicacidderivedsiRNAOligonucleotidesGenetherapiesOtherCell-basedtherapiesVaccinesBloodandtissueproductsYeastCHOcellsE.ColiStructuralComplexityofBiopharmaceuticalsAttributeInterventionPointBiopharmaceuticalsSmallmoleculesIntracellular±++Ligand-Receptor+++Cell-Cell++±Cell-Matrix++±BiopharmaceuticalsComplementSmallMoleculesinAccessingTargetRepertoires生物药物的特点（区别于化药）(1)空间结构很复杂致使结构确定存在不完整性(2)生理结构差异导致生物活性差异(3)生物药物受体广泛决定其具有多功能性(4)生物药物是异源性大分子，具有免疫原性生物药物的安全性评价特殊性

药物研发的安全性评价-循序渐进

安全评估试验–基本试验生物药物与小分子化药的安全性评价策略有何不同？总的基本框架是一致的特别需要考虑的问题选择最相近的动物物种进行研究组织交叉反应性细胞因子释放免疫原性表遗传（非遗传毒性）致癌新的用药技术的安全性问题根据ICH指导原则，如S6,M3,S9，实验应当包括剂量的选择确定潜在的毒性靶器官及可复性研究确定预测毒性的指标在临床上是可以监测的风险性交流VaccinesGenetherapyLipoproteinsRecombinantproteinsPeptidesMonoclonalantibodiesTissueengineeringStemcelltherapyAntisensetherapyRNAiAptamers生物药物的特别关注点：安全药理学：ICHS6:“在合适的动物模型观察可能的非预期药理活性是非常重要的。一般用猴子作为动物模型进行研究ICHS7A：“对于到达高度特异性受体靶点的生物药物，在毒理学研究中评价安全药理学终点是重要的生殖毒性如果药理活性只有在非人的灵长类动物出现：1.可以在一般毒性研究中观察生育力终点和生殖器官毒性，如生殖周期和病理组织学检查。2.如果需要进行围生期和出生后毒性研究，则可以在猴子观察胚体-胎体发育毒性，一般考虑将这两个阶段合并起来进行观察。生物药物的特别关注点：致癌性

ICHS6对于生物药物，标准的致癌试验不适用于其评价，但是有关致癌可能性的产品特异性的评估还是需要根据以下方面来考虑进行的。临床用药时间病人的特征产品的生物学活性生物药物的特别关注点：生物药物致癌性试验潜在的致癌性表遗传机制：增强细胞增殖、器官增生、干扰激素分泌、减少细胞凋亡和免疫抑制目前登记的80个生物药物中有29个评估了致癌性或者体内/体外试验观察的生长促进效应在这29个药物中，有10个进行了转基因动物模型或者2年的啮齿类致癌试验。主要是多肽激素和生长因子致癌试验模式特征小分子化药生物药物模式标准试验2-年大鼠&小鼠实验个案原则啮齿类动物试验体外/体内细胞增殖试验策略法规需求,ICHS1科学需求,ICHS6观察效应遗传毒性和表遗传毒性作用非遗传毒性（表遗传）作用与人类风险的关联有争议的需要更多的数据/经验组织交叉反应性抗体及相关产品对于人和动物组织的免疫组化标记模式主要是针对单克隆抗体和一些相产品进行检测，目的是为了了解靶分布或者可能的靶器官目前针对这些研究的价值性还存在一定的争议会出现非特异性阳性的染色染色与体内观察到的效应或者预期效应的关联度不高细胞因子释放对于某些产品推荐使用体外实验，确定引起细胞因子释放或者细胞因子风暴的可能性如果产品与细胞表面的受体结合并且具有激动剂活性时，该实验很重要挑战 实验条件的一致性或者稳定性结果的解释以及与人的相关性生物药物的特别关注点：免疫原性许多生物药物在动物和人类具有免疫原性的风险刺激产生抗药抗体（ADA）和抗人抗体刺激其他效应功能——如细胞因子，补体，溶血免疫系统识别药物为异物，从而产生针对药物的抗体结合性ADA——几乎没有影响清除抗体——增加药物清除，减少组织的分布中和ADA——降低药物的药理活性维持性ADA——降低药物清除，延长半减期与内源性蛋白的交叉反应性ADA——抑制或者改变药物的功能动物的免疫原性不能很恰当的预测人的免疫原性动物产生的ADA有助于解释毒理学研究的结果，但是不能预测在人体的免疫原性。在不同器官免疫复合物沉积及相关的病理学变化生物药物的特别关注点：

安全评估试验-生物药物与化学药物毒性模式-生物药物与化学药物毒性研究类型靶器官特性SmallMolecule脱靶毒性由于分子小易于进入细胞可能在任何组织和细胞引起毒性常规的—肾脏、肝脏、肺、骨髓、免疫器官、消化道Protein免疫复合物沉积只能进入有限的细胞和组织主要影响表达作用靶的器官免疫复合物病—如：肾小球肾病、血管炎，Oligonucleotide局部靶器官毒性只能进入有限的细胞和组织给药的靶器官：肾脏、肝脏、肺、骨髓影响免疫和稳态系统，如补体活化StemCell异常基因整合异位细胞增生和致癌性免疫原性和宿主/移植物排斥异位基因整合或者异常细胞生长畸胎瘤Vaccine过强的免疫效应局部反应影响免疫系统和稳态系统，如：过敏、补体活化、细胞因子释放给药部位局部的变化（静脉、肌肉和皮下）TroponinLevels60mg/kg靶器官和物种特异性的安全性问题mAb肿瘤治疗靶安全性综述怀疑心脏，但是在重复暴露毒性啮齿类研究未发现心脏毒性无交叉反应（啮齿类）猴子研究证实损伤效应Heart:乳头肌纤维变性(H&E).电镜显示肌间盘的损伤Control蛋白类药物的安全性关注:潜在的放大的药理作用mAb肿瘤治疗多器官的慢性结缔组织炎症影响的心脏瓣膜、非瓣膜心内膜心肌、巩膜、肌腱、韧带、骨膜和膝关节滑膜免疫介导的，但是与ADA沉积相关性不高随着剂量和时间的增加严重程度增加Controlmitralv.Aorticv.aortaLVmitralv.HighDoseHeart:ValvularEndocarditisEye:Scleritis,posteriorsclera/choroid随着时间延长ADA可能减少药物的暴露和药理活性-可能导致长期毒性和药效研究的结果在动物试验中难以解释蛋白类药物的关注问题:免疫原性21Anti-drugantibody(ADA)DrugmAbDrugmAbADAneutralizesdrugantibodyanddecreasedrugexposureTime(day)071421SerumConcentration(ng/mL1101001000100001stDoseADANegative3rdDoseADAPositiveClearanceADA-IncreasesdrugclearanceanddecreasesexposureandtissuedistributionFrom“PreclinicalDevelopmentHandbook:Toxicology”-SafetyAssessmentofBiotechnology-DerivedBiopharmaceuticals,ShaneGadEd.,2008蛋白类药物的关注问题:急性血清病样反应重复暴露毒性研究中系统性的III型超敏反应最初是在病人接受大剂量的外源性动物/人血清（治疗感染性疾病）出现的反应。一般在暴露于外源血清/抗原10天后开始出现（常常是一次给药）：持续的产生抗体、抗原抗体复合物及其沉积。– 发热、皮疹、出血– 急性系统性炎症反应（包括较低程度的凝集性病变）– 药物和ADA形成同时迅速清除– 尸检缺乏内生性的疾病免疫原性/过敏性往往在非自身蛋白的动物研究中会出现，但是不能代表在人类就会出现。(TomBrown)23治疗性的单克隆抗体免疫复合物疾病ControlTreated膜性肾小球肾病中免疫复合物的相关性TrendforCICintreatedgroupsandanassociationwithglomerulonephropathy与人的相关性?动物研究的免疫原性不能用来预测人的情况

第一步血液中是不是有ADA药理活性减弱？受试物清除？第二步肾小球中是不是有IgM,IgG,或C3?给药后血液中补体活化的证据?第三步在肾小球的免疫组化检测中能否观察到受试物?

第四步肾脏或肾小球检测到受试物片段免疫沉淀观察什么物质与受试物结合在一起(确定与ADA无关)Yes!推测可能是ADA免疫复合物介导的肾小球病变Yes肾小球病变的探索YesYesYesNoNoNoNoNo!ADA不参与这个病变过程Lymphoidproliferationinmonkeyspleensassociatedwithaanti-CD28monoclonalantibodyControlmonkeyspleen,IHCstainwithCD79aforBcellsNormalgerminalcenter(GC)Controlmonkeyspleen,HEstain.Normal-sizedgerminalcenters(GC)andredpulp(RP)GCGCCGGCCGCGGCGCRPRPRPRPRPRPRPRPTreatedmonkeyspleen,IHCstainwithCD79aforBcellsenlargedgerminalcenter(GC)duetoBcellproliferation(circle)Treatedmonkeyspleen,HEstainEnlargedgerminalcenter(GC)duetoBcellproliferation(circle)26蛋白类药物的安全性关注问题:免疫激活免疫激活-抗-CD28单克隆抗体在

猴子的脾脏中引起的淋巴细胞增生

NanoparticlesaccumulatesinmacrophagesandmayaffectmacrophagefunctionsRattreatedwithaPEGylatedmonoclonalantibodydrug,HEstain.Intrahepatocytevacuoles(arrows)RattreatedwithaPEGylatedmonoclonalantibodydrug,HEstain.Vacuolesintubularepithelialcells(arrows)RatkidneyRatliverRatlungRatliverRattreatedwithananoparticlesdrug,HEstain.VacuolesorgranulesinKupffercellswerenanobodyconjugate(arrows)Rattreatedwithananoparticlesdrug,HEstain.Vacuolesorgranulesinmacrophageswerenanobodyconjugate(arrows)肾小管上皮细胞内空泡中的聚乙二醇结合物27蛋白类药物的安全性关注问题:载体或者结合物毒性

安全性的问题：药理效应过大非-药理学（脱靶）毒性聚阴离子效应–在高剂量的时候通过替代途径活化补体；抑制凝集链反应（寡核苷酸适配子）免疫激活：依赖于序列信息，基元/TLR介导的免疫活化；刺激细胞因子和趋化因子产生靶器官和组织蓄积-肝脏毒性、肾脏毒性和骨髓抑制血液稀释–聚乙二醇连接的寡核苷酸寡核苷酸的安全性关注问题28寡核苷酸药物是较短的单链或者双链DNA或者RNA分子作用机制不同10-50核苷酸,有时候有结合物支持(e.g.PEG)调节基因的表达/蛋白质翻译/功能Kidney–Proximaltubule,oligonucleotidestainnedbrown(DougKornbrust)Ratkidney:Bluisholigonucleotidematerialinthecytoplasmofepithelialcells(arrow)(JohnKruger)靶器官主要是肝脏、肾脏毒性和骨髓抑制肝毒性小鼠更为敏感大鼠对肾脏毒性更为敏感组织蓄积在不同组织广泛分布常见于肝脏、肾脏和骨髓嗜碱性粒细胞和/或空泡化——寡核苷酸物质肝脏、脾脏、淋巴结和其他器官的单个核吞噬细胞肾小管上皮细胞寡核苷酸药物的安全性关注问题:组织蓄积29–Distributionofanantisenseoligonucleotide多能干细胞能够无目的性的自我更新和分裂胚胎干细胞–胚胎源性内细胞团成年干细胞–血液、骨髓、脂肪、脐带等可诱导干细胞-在体外可以诱导分化成成年细胞干细胞可以分化成许多不同的细胞类型：内胚层、中胚层和外胚层生物药物研究的重要工具共同的安全性问题：免疫原性细胞迁移和移植

畸胎瘤和异位性组织形成干细胞治疗药物的安全性问题：EmbryonicstemcellsAdultstemcellsInduciblestemcells30体内畸胎瘤实验一个物种即可标准组织的组织病理学检查，注射部位和靶器官干细胞的生物学分布，其它毒理学和病理学终点生物学分布-

测定异常分化细胞的组织病理学检查中干细胞的存在情况 在组织中标记干细胞 人特异性抗原的免疫组化 利用原位杂交观察人特异性的AluDNA