1

Farmakogenetikav klinični farmakokinetiki

Igor Locatelli

Katedra za biofarmacijo in farmakokinetikoFakulteta za farmacijoUniverza v Ljubljani

2

Ozko terapevtsko okno v povezavi s klinično pomembnimi neželenimi učinki+

genetski polimorfizem

Interindividualna variabilnost v FK in/ali FD parametrih

starost

telesna masa bolezenska stanja

interakcije

Različen klinični izid farmakoterapije pri bolnikih

Individualizacija režima odmerjanja takega zdravila

Variabilnost v farmakokinetiki

3

Farmakogenetika

Proučuje vpliv genetskih dejavnikov na variabilnost v kliničnem učinku po aplikaciji določenega zdravila.Genetski dejavniki:

variante genskem zapisu (genotip)

spremenjena aktivnost proteinov (fenotip)

4

Farmakogenetika

Genetski polimorfizem (wt, mt) v farmakogenetikipojavljanje dveh ali več variant v določenem genskem lokusu z znano frekvenco v populaciji (vsaj 1%) in vpliv na FK/FD lastnosti učinkovin.

SNP (single-nucleotide polymorphism)Alelposamezen gen iz para genov (ali izmed več genov) na istem lokusu v homolognih kromosomih

Homozigoti (enaka alela) in heterozigoti (različnaalela)Haplotip

2

5

Vpliv genetskega polimorfizma na FK/FD

FARMAKOKINETIKAAbsorpcija, porazdelitev, ekskrecija

Transportni proteini (npr. P-glikoprotein, MDR1, ABCB1)

Metabolizem (Δ očistka)Metabolni encimi 1. in 2. faze

FARMAKODINAMIKAGenetski polimorfizem v genih, ki kodirajo tarčne receptorje ali encime.

Citokromi P450CYP

PREDZDRAVILA!

UDP-glukuronozil-transferaze – UGT

Enterohepatični cikel!

6

7Eva

nsW

E an

dR

ellin

gM

V. S

cien

ce28

6 (1

999)

487

-491

8

Klinično pomembni genetski polimorfizmi

3

9

Klinično pomembni genetski polimorfizmi

10

Klinično pomembni genetski polimorfizmi

11

Regulativa

Genomics at FDA:

http://www.fda.gov/Drugs/ScienceResearch/ResearchAreas/Pharmacogenetics/default.htm

http://www.fda.gov/Drugs/ScienceResearch/ResearchAreas/Pharmacogenetics/ucm083378.htm

12

Klinično pomembni genetski polimorfizmipovezani z farmakokinetiko učinkovin

CYP – encimi iz družine citokromov P450DPD – dihidropirimidin-dehidrogenazaNAT – N-acetil-transferazaTPMT – tiopurin metil-transferazaUGT – UDP glukuronizil-transferaza

4

13

ADH; alkohol dehidrogenaza,ALDH; aldehid dehidrogenaza,CYP; citokromi P450,DPD; dihidropirimidin dehidrogenaza,NQO1, NADPH; oksidoreduktaze.

COMT; katehol O-metil trasferaza;GST; glutation S-transferazaHMT; histamin metil-trasferaza;NAT; N-acetil-transferaza; STs; sulfotransferaze; TPMT; tiopurin metil-transferaze.UGTs; uridin-3-fosfat glukuronizil-transferaze 14

Delež učinkovin, ki ga encim metabolizira

Količina (%) encima v jetrih

Pomen encimov CYP

15

Nomenklatura CYP

16

http://www.cypalleles.ki.se

5

17Kirchheiner et al. Nat Rev Drug Discov. 2005 Aug;4(8):639-47 18Tomalik-Scharte D et al. Pharmacogenomics J. 2008 Feb;8(1):4-15.

19

Vpliv genetskega polimorfizmaCYP2D6 na metabolizem učinkovin

20

Fenotip CYP2D6

6

21

Odnos med fenotipom in genotipom CYP2D6

22

PM IM EM ! UM

PM slabi presnavljalci, IM srednje dobri

presnavljalci,EM dobri presnavljalci, UM ultrahitri presnavljalci

Odmerjanje glede na genotip CYP2D6

23 24

Določanje genetskega polimorfizma v klinični praksi

AmpliChip CYP450 (CYP2D6 in CYP2C19)

TaqMan® Genotyping assay(real time PCR)

http://www.roche.com/med_backgr-ampli.htm

7

25

Vpliv genetskega polimorfizna na farmakokinetiko učinkovine/metabolita

26

Risperidon

Atipičen antipsihotikTitracija odmerka9-hidroksirisperidon

glavni metabolit, aktiven,kiralni center na mestu 9.

Predsistemski metabolizem;obseg aborpcije ~ 66%.

ON

N

N

N

O

CH3

F

ON

N

N

N

O

CH3

F

OH

RISP

9-OH-RISP

CYP2D6, CYP3A4

27

Razvoj modela FK risperidona

Dose

RISP

(-)-9-OH-RISP(+)-9-OH-RISP

Ka

CLf(+)/V CLf(-)/V

CLm/VCLm/V Volumen porazdelitve(enak za vse)V

Eliminacijski očistek 9-OH-RISPCLm

Tvorni očistek za (-)-9-OH-RISPCLf(-)

Tvorni očistek za (+)-9-OH-RISPCLf(+)

Hitrostna konstantna absorpcije (fiksirana 2.34 h-1)Ka

Razpon plazemskih koncentracijRISP: 0.25 – 130 ng/mL(+)-9-OH-RISP: 3.0 – 55 ng/mL(-)-9-OH-RISP: 2.4 – 36 ng/mL

28

First-pass metabolizem –učinek prvega prehoda

Dose

RISP

(-)-9-OH-RISP(+)-9-OH-RISP

CLf(+)/V CLf(-)/V

CLm/VCLm/V

Ka

r = CLf(+)/CLf

(1-Fp) Ka Fp (1-r)Ka Fp rfCL

f

CLCL)F1(2F1Fpf+Θ

−≈−=

CLf = CLf(+) + CLf(-)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

FP

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CLf(+)CLf

Fp

8

29

Genotip CYP2D6

Skupina(fenotip)

211/1 (EM)*1/*1 (21)2XN (UM)*1 /*1xn or *2xn (2)91/x (EM)*1/*10 (3), *1/*41 (6)90/1 (EM)*1/*4 (9),

60/x (IM)*4/*41 (3), *10/*41, *3/*41, *4/*1030/0 (PM)*4/*4 (2), *3/*4

Št. bolnikovGenotip CYP2D6 (n)

Testirani aleli CYP2D6: *2, *3, *4, *5, *6; *8, *9, *10, *11, *12,*14, *15, and *41

30

Končni model

0/0 0/ 0/1 1/( )

0/0 0/ 0/1 1/( )

[ / ] 18.1 0.0892 0.295 0.592 0.982 1.01

[ / ] 6.23 0.132 0.318 0.764 0.953 1.31

[ / ] 8.02

x x XNf

x x XNf

m

CL L h

CL L h

CL L h

+

−

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

Ratio

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

CY

P2D

6

NX

1|x

0|1

0|x

0|0

95% interval zaupanja

CLf(+)CLf(-)

PM

IM

31

Vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije aktivne oblike v stacionarnem stanju

P=0.014Koncentracija aktivna oblikeMediana 24.6 ng/mLRazpon 9.35 – 122 ng/mL

PM

IM

32

Vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije risperidona in aktivne oblike

RISP

Time [days]

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Plas

ma

conc

entra

tion

[ng/

mL]

0

20

40

60

80

100

0/0-PM

0/1-IM

1/1-EM

"Active moiety"

Time [days]

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Plas

ma

conc

entra

tion

[ng/

mL]

0

20

40

60

80

100

0/0-PM

0/1-IM

1/1-EM

Risperidon Aktivna oblika

Simulacija plazemskih koncentracij za tipičnega bolnika težkega 70 kg, z normalno ledvično funkcijo, pri terapiji 2 mg risperidona dvakrat dnevno.

9

33

Vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije 9-OH-RISP enantiomerov

(-)-9-OH-RISP

Time [days]

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Plas

ma

conc

entra

tion

[ng/

mL]

0

5

10

15

1/1-EM

0/0-PM

(+)-9-OH-RISP

Time [days]

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Plas

ma

conc

entra

tion

[ng/

mL]

0

5

10

15

1/1-EM

0/0-PM

(+)-9-OH-RISP (-)-9-OH-RISP

Simulacija plazemskih koncentracij za tipičnega bolnika težkega 70 kg, z normalno ledvično funkcijo, pri terapiji 2 mg risperidona dvakrat dnevno. 34

Povezava FK risperidona s pojavnostjo ekstrapiramidnih motenj gibanja

p=0,016 Mann-Whitneyp=0,037 Mann-Whitney

Parkinsonizem (n=29)(mean SAS 0.4 ali več)

Distonia (n=6)(AIMS at least “moderate” in 1 or “mild” in 2 of the 7 body areas)

35

Sklep

Genotip CYP2D6 je pomemben dejavnik, ki vpliva na plazemske koncentracije risperidona in njegove aktivne oblike.

Bolniki, ki jih glede na genotip CYP2D6 lahko razvrstimo med slabe ali srednje presnavljalce substratov za CYP2D6, imajo zaradi višjih plazemskih koncentracij aktivne oblike risperidona povečano tveganje za pojav EPS.

Klinično pomembna vloga genotipizacije CYP2D6 pri individualizaciji odmerjanja risperidona.

36

VprašanjaZakaj je koncentracija aktivne oblike risperidona odvisna od genotipa CYP2D6?

Zakaj genotip CYP2D6 ne vpliva na plazemske koncentracije metabolitov RISP v stacionarnem stanju?

Kdaj se vzpostavi stacionarno stanje in od česa je to odvisno?

Kakšen odstotek odmerka risperidona bi morali prejeti PM v relaciji do EM?

Če so bolniki bili titrirani, zakaj smo potem v študiji opazili značilen vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije aktivne oblike?

10

37

VarfarinNajbolj pogosto uporabljeno antikoagulacijsko zdravilo.

Velika variabilnost dnevnih odmerkov za vzdrževanje enakega učinka (0,5 – 50 mg/dan); individualno prilagajanje odmerka.

Zaradi ozke terapevtske širine je potrebno spremljanje bolnika in merjenje protrombinskega časa (INR) zlasti v uvajalnem obdobju (vnos hrane bogate z vitaminom K, interakcije z drugimi zdravili), pogoste kontrole.

Variabilnost je v znatni meri posledica kompleksne farmakokinetike.

38

S in R-varfarin

O

OH

O

OH

*

1

4

74'

6

8

109

2C9

S-VARFARIN

2C82C182C193A4

O

OH

O

O

H*

1

4

7 4'

6

8

101A11A22C19

1A11A22C8 1A1

1A22C19

2C92C18

3A4

9

R-VARFARIN

3A4

39

Encim CYP2C9

Predstavlja 15 % celokupnih jetrnih P450

Presnavlja >100 zdravil

Nekateri klinično pomembni substrati: S -varfarin, fenitoin, diklofenak, ibuprofen, S-naproksen, fluoksentin, losartan

Inhibitorji: flukonazol, izoniacid, lovastatin, trimetoprim

Induktorji: rifampin, fenobarbital

40

Polimorfizem CYP2C9

encimska frekvencaaleli polimorfizem aktivnost (belci)

CYP2C9*1 ---- normalna 86 – 90%

CYP2C9*2 R144C zmanjšana 8-14%

CYP2C9*3 I359L zmanjšana 7-10%

11

41

Preiskovanci in potek raziskave204 bolniki na dolgotrajnem zdravljenju z varfarinom in urejenim antikoagulacijskim statusom (UKC Ljubljana, bolnišnica Murska Sobota).

Indikacije: atrijska fibrilacija (84%), globoka venskatromboza (6%), umetne srčne zaklopke (2%), ostalesrčnožilne bolezni (8%).

Povprečni dnevni vzdrževalni odmerek: 0,75 – 15 mg.

Vzorčenje: 12-16 ur po zadnjem odmerku.

Genotip CYP2C9 so določili na Inštitutu za Biokemijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani.

42

Farmakokinetična analiza

Izračun plazemskega očistka S- in R-varfarina:

Statistični model za napoved očistka.- multipla linearna regresija

, ,C ,ss av ss av ssss

D D 2CL F 1 C CCL CF

ττ

= → = = =⋅

43

Dejavniki vključeni v statistični model

Spol, starost, telesna teža brez maščob.

Genotip CYP2C9.

Sočasno jemanje zdravil, ki so:

induktorji citokromov P450 (karbamazepin, primidon),

močni inhibitorji citokromov P450, ki so vpleteni v metabolizem varfarina (amiodaron, fenofibrat, fluvastatin, gemfibrozil, losartan).

šibki inhibitorji citokromov P450, ki so vpleteni v metabolizem varfarina (atorvastatin, irbesartan, nifedipin, sertralin, simvastatin, propranolol).

Plazemska koncentracija albuminov.

44

Vpliv genotipa CYP2C9 na očistek S-varfarina normaliziranega na telesno težo brez maščob

*2 ali *3

0.020 0.041 0.061

12

45

Plazemska koncentracija

Očistek

CYP2C9

*1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11)

Pla

zem

ska

konc

entra

cija

R-v

arfa

rina

(mg/

L)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

CYP2C9

*1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11)

Plaz

emsk

a ko

ncen

traci

ja S

-var

farin

a (m

g/L)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

CYP2C9

*1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11)

Oèi

stek

R-v

arfa

rina

(mL/

min

/kg)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

CYP2C9

*1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11)

Oèi

stek

S-v

arfa

rina

(mL/

min

/kg)

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

S-varfarin R-varfarin

*1/*1*1/*x*x/*x

CYP2C9

Vpliv polimorfizma CYP2C9 napresnovo varfarina

46CYP2C9

*1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11)

Dne

vni o

dmer

ek v

arfa

rina

(mg/

dan)

0

2

4

6

8

10

*1/*1

*1/*x

*x/*x

CYP2C9

Vpliv polimorfizma CYP2C9 nadnevni odmerek varfarina

47

Povezava med plazemskim očistkom S-varfarina in dnevnim odmerkom varfarina

48

Association of warfarin dose with genes involved in its action and metabolism

PolimorfizemVKORC!

13

49

Predicted INR response during the induction phase following administration of warfarin at the same dose to typical individuals with different combinations of age, CYP2C9, and VKORC1 genotype. The top left figure shows six typical individuals with the same age (50 years) and VKORC1 genotype (GG), but with different CYP2C9 genotypes, the top right figure shows three typical individuals with the same age (50 years) and CYP2C9 genotype (*1/*1), (GG) but with different VKORC1 genotypes, and the bottom left figure shows three typical individuals with the same CYP2C9 (*1/*1) and VKORC1 genotype (GG), but different ages. The bottom right figure shows three typical individuals with the same age (50 years), but with different combinations of CYP2C9 and VKORC1 genotypes that demonstrate similar early INR response, but divergent steady-state effects. The forth individual, with wild-type alleles for both CYPC9 and VKORC1, is included only as a reference.

Vpliv starosti

Vpliv VKORCVpliv CYP2C9

50

Perspektiva

Ali je genotipizacija CYP2C9 in VKORC1izvedljiva v klinični praksi?

Ali se zmanjša število zapletov zaradi nezadostne in prekomerne antikoagulacije?

Ali se skrajša čas uvajalnega obdobja do stabilnega INR v terapevtskem območju?

Farmakoekonomska upravičenost?