Lægemiddeludvikling

Moderne lægemiddeludvikling - trends og teknologier

Ved udvikling af nye lægemidler i 70'erne og 80'erne blev man i stigende grad klar over eksistensen af subtyper og isoformer af receptorer, ionkanaler og enzymer i forskellige organer. Dette førte til lægemidler med færre bivirkninger, idet man mere specifikt kunne ramme det syge organ. Den selektive H₂-receptorantagonist, cimetidin (afregistreret), og den selektive adrenerge β₂-receptoragonist, salbutamol, er klassiske eksempler på denne udvikling. 

I begyndelsen af 80'erne blev klonet DNA for de første receptorer, ionkanaler og enzymer isoleret. Hermed blev den molekylære farmakologi født, og ved hjælp af nye biokemiske assays kunne man profilere nye stoffers subtypeselektivitet med hidtil uset præcision og hastighed. I løbet af 90'erne blev disse biokemiske metoder udviklet yderligere, og man udviklede high-throughput screening assays (farmakologiske assays med høj kapacitet), hvor tusindvis af stoffer kunne testes om dagen.  

DNA-sekventering

High-throughput DNA-sekventering (DNA-sekvensbestemmelse) åbnede for mulighed for sekventering af hele genomer, hvilket bl.a. har ført til sekventering af en række vigtige patogene mikroorganismer og parasitter. Denne udvikling kulminerede i 2001 med den endelige afdækning af det humane genom. Siden er genomerne for mus og rotter blevet afdækket, hvilket især har betydning i lægemiddeludvikling pga. deres udbredte anvendelse som forsøgsdyr. Alle disse genomsekvenser har medført identifikation af utallige nye potentielle lægemiddel-targets. En af de største udfordringer i dag er at identificere de rigtige targets - dvs. dem, der er involveret i en given sygdom, og som samtidigt kan påvirkes farmakologisk. Denne proces kaldes target-identifikation og -validering.  

Target-identifikation og -validering

Der er udviklet en lang række teknologier, som kan hjælpe med at identificere og validere nye lægemiddel-targets. Nedenfor er et lille udvalg beskrevet nærmere.
For sygdomme, der er karakteriseret ved mutation af ét enkelt gen, har man haft stor succes med at identificere genet, men disse teknikker står i dag over for den store udfordring at identificere den genetiske årsag til multifaktorielle sygdomme som fx astma og diabetes. Det er langt mere kompliceret - ikke mindst fordi fx miljø og livsstil også spiller en rolle.  

DNA-sekventering er efterhånden blevet så billig, at man nu rutinemæssigt sekventerer hele eller dele (typisk exomet - den kodende del af genomet) af genomet fra fx raskt og sygt væv i kræftpatienter og derigennem finder de specifikke mutationer, der har givet anledning til kræftsvulsten. Desuden kan man sekventere store patientpopulationer og derigennem finde mere sjældne DNA-variationer som årsag til mere komplekse sygdomme. I dag er der således offentligt tilgængelige databaser med exom/helgenom-data på over 100.000 mennesker, som kortlægger den genomiske variation. 

Epigenetik 

Epigenetik er arvelige forandringer som er modificerbare, men ikke ændrer den grundlæggende DNA-sekvens, hvilket kan føre til ændringer i genekspression. De seneste år har der været stærkt stigende fokus på epigenetiske forandringer som årsag til sygdom. Dette kan fx foranlediges via reversible modifikationer af DNA'et eller de proteiner, som DNA'et er pakket omkring (histoner).  

Genetisk modifikation af mus.  

En anden udbredt teknik er genetisk modifikation af mus. Oprindeligt blev teknikken udviklet til at fjerne specifikke gener fra musens genom, hvorved man fik fremstillet knock-out mus, men siden har man bl.a. udviklet teknikken, så man fx kan indføre mutationer i musen, såkaldte knock-in mus, og dermed efterligne mutationer fundet i mennesker. Disse genetiske modifikationer har været med til at afdække den fysiologiske funktion af en lang række gener, og samtidigt har de ofte kunnet indikere, om generne var involveret i udviklingen af sygdom og dermed kunne være lægemiddel-targets. De ændringer blev oprindeligt indført via homolog rekombination, der var tidskrævende og begrænset til anvendelse i mus. 

CRISPR 

De sidste par år har en ny gen-editeringsteknik, kaldet 'CRISPR/Cas9' revolutioneret mulighederne for genetisk modifikation, idet den er meget hurtigere og kan anvendes på mange flere arter inkl. rotter, grise og mennesker. Man kan således nu indføre genetiske modifikationer i vigtige dyremodeller og potentielt lave genterapi baseret på CRISPR/Cas9-teknikken. Teknikken er endnu så ny, at der ikke er udviklet lægemidler baseret på den, men den har allerede ført til nye vigtige dyremodeller og den første genmodifikation i mennesker i Kina, som dog har ført til store etiske diskussioner. De fleste anser stadig teknikken for at være for præmatur til anvendelse til genterapi, idet CRISPR/Cas9 ikke er 100 % præcis og således kan medføre utilsigtede mutationer. 

RNA-interrerens 

En anden nyere teknik er anvendelse af RNA-interferens (RNAi) til at nedregulere ekspressionen af specifikke gener. I praksis kan man enten indgive korte RNA-sekvenser (siRNA) i celler, væv eller hele dyr, eller man kan lave knock-down mus, hvor cellerne i et givet væv modificeres, så de selv udtrykker den korte RNA-sekvens. På samme vis som en knock-out mus kan man hermed fjerne/nedregulere ekspressionen af et givet gen og herefter få indsigt i dets fysiologiske funktion og terapeutiske potentiale. En tilsvarende teknik baseret på DNA 'anti-sense' kan også anvendes til at reducere udtrykket af et gen ved at indgive nukleotidsekvenser, der er komplimentære til en del af DNA-sekvensen på det gen, man gerne vil ramme. Typisk anvendes modificerede nukleotider som 'locked nucleic acid' (LNA) og 'peptide nucleic acid' (PNA), der har bedre egenskaber end DNA; såsom større resistens for at blive nedbrudt af nukleaseenzymer.  

mRNA-vacciner 

mRNA-vacciner er udviklet med en ny ikke-infektiøs vaccineteknologi og indeholder hverken aktivt eller inaktivt virus. De to COVID-19 vacciner, Comirnaty (Pfizer/BioNTech) og COVID-19 Vaccine Moderna, er mRNA-vacciner, se COVID-19.  

Transcriptomicsog proteomics 

I de seneste år har transcriptomics og proteomics også fundet anvendelse ved target-identifikation. Førstnævnte teknologi måler indholdet af mRNA i et givet væv ved hjælp af fx genchips, og sidstnævnte teknologi bestemmer vævets indhold af proteiner. Ved at sammenligne raskt og sygt væv kan man således undersøge, hvilke gener der op- eller nedreguleres, hvilket kan indikere, at de er involveret i sygdommen og dermed potentielt er lægemiddel-targets. Disse og andre -omics-teknologier har ført til akkumulering af enorme datasæt ('Big data'), som man i stigende grad bruger i 'Articifical Intelligence (AI)' og 'Machine learning' computerteknikker til at analysere.  

Validering af targets 

Der er dog langt fra at vise, at et target er involveret i en given sygdom, til at vise, at det også kan anvendes terapeutisk. Validering af et target vil således ofte indebære, at man udvikler et stof med den ønskede farmakologiske virkning på det pågældende target og efterfølgende viser, at det har den forudsagte terapeutiske virkning i en dyremodel for sygdommen. Her står man dog ofte over for det problem, at man langt fra altid har en god dyremodel, der præcist svarer til sygdommen i mennesker. Et andet problem er forskel i fx farmakokinetik og -dynamik mellem dyremodellen og mennesker. Den endelige validering af et nyt target får man først, når det nye stof har været afprøvet hos mennesker i kliniske forsøg.  

Udvælgelse af potentielle lægemiddel-hits

Første skridt i moderne lægemiddeludvikling er altså udvælgelse af target, og herefter vil man normalt identificere hits - dvs. stoffer, der har den ønskede farmakologiske virkning - såsom at aktivere eller hæmme proteinet. I langt de fleste tilfælde vil man få adskillige hits ud af en screening. Denne kan så optimeres ved medicinalkemi, hvor den kemiske struktur ændres systematisk og sammenholdes med farmakologiske og andre biologiske parametre som fx farmakokinetiske og toksikologiske egenskaber (kaldes ofte for ADME-Tox: Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion and Toxicology). ADME-Tox-karakteriseringen accelererede især efter, at undersøgelser viste, at mange stoffer fejlede i klinikken pga. manglende biotilgængelighed eller uventede bivirkninger. Problemet i begyndelsen af den nye æra var, at man nu kunne identificere langt flere stoffer, end man efterfølgende kunne karakterisere mht. ADME-Tox-egenskaber. Dette har ført til udvikling af langt mere effektive in vitro-tests. Denne udvikling har således gjort det muligt at frasortere problematiske stoffer, inden de dyre og langsomme prækliniske og kliniske faser påbegyndes. 

Computerprogrammer 

For at forbedre hit-identifikation og -optimering samt ADME-Tox-karakterisering arbejdes der ihærdigt med udvikling af computerprogrammer, der kan forudsige, hvordan et kemisk stof binder til sit target og dets farmakokinetiske og toksikologiske egenskaber. Sådanne programmer bruges i stigende grad i forbindelse med udvælgelse og optimering af potentielle lægemiddel-hits. De computermæssige forudsigelser er i de seneste år blevet forbedret betragteligt af et stigende antal tredimensionelle strukturer af de proteiner, som stofferne binder til, opnået ved en teknik kaldet røntgenkrystallografi. 

De samlede data fra in vitro testningen vil føre til udvælgelse af nogle få lægemiddelkandidater, som vil gå videre i den prækliniske udvikling.  

Præklinisk og klinisk lægemiddeludvikling

Formålet med den prækliniske udvikling er at nå frem til én lægemiddelkandidat, som kan bringes i human klinisk testning via en Investigational New Drug (IND)-ansøgning til myndighederne. Denne prækliniske udvikling vil typisk omfatte dele af de tidligere nævnte in vitro studier og herudover farmakologiske og ADME-Tox studier in vivo i dyremodeller. Herudover vil man undersøge, hvordan lægemiddelstoffet bedst produceres i den nødvendig kvantitet og kvalitet, hvordan det bedst formuleres til et lægemiddel, og dets stabilitet. Især de kroniske toksikologistudier in vivo er langvarige, så den prækliniske udvikling tager typisk 1-5 år at gennemføre. Formålet med den efterfølgende humane kliniske afprøvning er at kortlægge lægemidlets sikkerhed og effekt mod sygdommen. Denne afprøvning er inddelt i tre kliniske faser:  

Fase 1

Udføres typisk på et mindre antal (20-80) raske forsøgspersoner eller patienter i stigende doser med henblik på at kortlægge den humane farmakokinetik og maksimale dosis, og indlede undersøgelser af lægemidlets sikkerhed i mennesker.  

Fase 2

Udføres typisk på nogle få hundrede patienter for at undersøge lægemidlets effekt mod sygdommen og etablere dosis til anvendelse i den efterfølgende store fase 3-undersøgelse. Det stigende antal personer og den længere behandlingsvarighed i forhold til fase 1 gør det muligt at kortlægge mere sjældne bivirkninger.  

Fase 3

Udføres typisk på nogle få tusinde patienter med det formål at bestemme lægemidlets effekt mod sygdommen, dets sikkerhed/bivirkninger og sammenligne det med den nuværende standardbehandling.  

Hvis alt går vel, fører den humane kliniske afprøvning til en New Drug Application (NDA) hos myndighederne og deres godkendelse af lægemidlet til markedsføring. 

Læse mere om godkendelse og kontrol hos Lægemiddelstyrelsen.  

Fase 4

Den kliniske udvikling tager typisk 2-10 år og efterfølges normalt af en fase 4-undersøgelse, hvor lægemidlets effekt og sikkerhed følges post-marketing for at optimere dets brug og monitorere fx forekomsten af sjældne bivirkninger. 

Man vil efterfølgende ofte afprøve lægemidlet mod andre sygdomme, hvor samme target er involveret, for dermed at udvide dets indikationsområde. Dette sparer mange ressourcer/tid i forhold til udvikling af et helt nyt lægemiddel, idet man ofte vil kunne "genbruge" de prækliniske og fase 1-studier og gå direkte til at teste lægemidlet i fase 2 mod den "nye" sygdom.  

Optimering af den kliniske fase i lægemiddeludviklingen

Der er fokus på at optimere den kliniske fase, da det er den absolut dyreste del af lægemiddeludviklingen. Der er meget at vinde ved bl.a. at reducere antallet af stoffer, der fejler. Kun ca. 10 % af de stoffer, der starter i fase 1-studie, ender med at komme på markedet, og jo længere de når, inden de fejler - jo dyrere er det. 

Der er øget fokus på individuelt tilpasset lægemiddelbehandling. Ved hjælp af pharmacogenomics får man i stigende grad mulighed for at korrelere lægemidlernes virkning/bivirkning til hver enkelt patients genetiske profil. Man vil således kunne "redde" et lægemiddel, der fx ikke har vist effekt i fase 3-studierne, ved at genanalysere data og sammenholde resultaterne med patienternes genetik. Eksempler på denne strategi er trastuzumab (Herceptin®), der kun har effekt hos brystkræftpatienter med overudtryk af HER2-receptoren, og et kombinationspræparat med hydralazin og isosorbiddinitrat (godkendt i USA), der kun har vist effekt mod hjertesvigt i sorte befolkningsgrupper. Disse lægemidler ville ikke have vist effekt i en blandet patientpopulation, og firmaerne har således "reddet" deres lægemiddel gennem godkendelsen. Bagsiden er, at man herved også reducerer markedet ganske betragteligt, og der er således en balance mellem, hvornår det kan eller ikke kan betale sig, da udviklingsomkostningerne jo stadig er de samme. 

Læs mere om Fælles europæiske anbefalinger for udvikling af personlig medicin 

Læs mere om lægemiddeludvikling set fra industriens side på Mennesker og medicin.