1

Transzlációs Medicina

2

Transzláció?

Megint mit…?

Nem szöveget,

sem RNS-t...

3

Mi a Transzlációs Medicina?

Mario Sznol, a Journal of Translational Medicine szerkesztői bizottsági tagja szerint a Transzlációs Medicina magába foglalja:

Az alapkutatások humán terápiákban alkalmazható hatásvizsgálatát

humán betegségek biológiai vizsgálatát, és

új fejlesztéseket a humán betegségek kezelésében

olyan nem numán, vagy nem klinikai vizsgálatokat, amelyek várhatóan az alapját képezik új klinikai alkalmazásoknak

a gyógyszerfejlesztés klinikai 1-3 fázisában lévő kísérleteket.

A Transzlációs Medicina egyfajta hidat alkot az alapkutatások és a klinikai alkalmazások között.

4

Régi bor új palackban?

Az 1890-es években azért alapították a John Hopkins Kórházat az USA-ban, hogy megerősítse az alapkutatások és a klinikai gyakorlat közötti kapcsolatot. A John Hopkins Orvosi Egyetem eredményeivel méltán tette világszinten vezető orvosi kutató várossá Baltimore-t a századfordulón.

A XX. század orvosi történetében is számtalanszor bebizonyosodott, hogy az alapkutatások elméleti eredményeiből aztán klinikai kísérlet lett, majd az így kapott tudást képesek voltunk átfordítani orvosi gyakorlattá.

Akkor minek nekünk a Transzlációs Medicina?

Az utóbbi két évtizedben hatalmas mennyiségű molekuláris biológiai és sejtbiológiai adatot, tudást halmoztunk fel, ami ennek ellenére nem került át a klinikai gyakorlatba.

A klinikusok éppen ezért joggal várják el, hogy minél több molekuláris biológiai, genomikai és posztgenomikai eredmény váljon használhatóvá a mindennapi orvosi gyakorlatban.

http://www.corporeality.net/museion/2006/12/10/history-of-translational-medicine/

5

Egyéb elnevezések…

translational research- transzlációs kutatás

evidenced based research -

Bizonyíték alapú kutatás

disease-targeted medicine – betegség célzott orvoslás

.„From bench to bedside medicine”

from bench: laboratóriumi kutatások, preklinikai kutatások, gyógyszerfejlesztés

to bedside: alkalmazás a klinikai gyakorlatban, a háziorvosi kezelésben

6

Szaklapok

AND

http://www.translational-medicine.com/

http://stm.sciencemag.org/

7

Transzlációs Orvoslás

az oktatásban

Az EU, USA és más országok egyre több vezető orvosi egyetemén indítanak Translational Medicine MsC szakot

A képzésbe kifejezett a molekuláris biológiai, sejtbiológiai, genomikai tárgyakra és a klinikai, gyógyszerészeti tárgyak összekapcsolására fókuszálnak

A végzetteknek a gyógyszerfejlesztés és a klinikum területén lesz lehetőségük elhelyezkedni.

8

Egy újabb divatos kifejezés?

9

Szükség van a Transzlációs Medicinára?

10

0

10

20

30

40

50

60 K+F+I költség Törzskönyvezett új gyógyszerek

Mrd USD

Az originális gyógyszerfejlesztés helyzete

költség

Új törzskönyvezett gyógyszer /év

www.richter.hu évek

11

Egy USA-ból származó adatsor tükrében 25000-50000 szűrt molekulából mindössze

1250 kerül preklinikai (toxikológiai) vizsgálatra,

25 gyógyszerjelölt vesz részt klinikai kipróbálásban,

5 készítmény kerül törzskönyvezésre és

1 lesz profittermelő

http://drugcent.com/projects000

12

Fázis I. II. III. IV.

időtartam 1 év 2 év 3-4 év folyamatos

10-30

egészséges

önkéntes

100- 300 Önkéntes beteg

1000-3000

Önkéntes

beteg

Betegek

Cél

-biztonságosság

-dózis beállítás

emberben

- hatékonyság -mellékhatások

(rövid

távon)

-hatékonyság

- mellékhatások

-monitoring,

hosszútávú

mellékhatá

svizsgálat

Gyógyszerfejlesztés fázisai

0. fázis

8-10 év

Sejtkultúrák,

állatmodellek

Gyógyszerjelöltek

keresése,

Toxicitási vizsgálatok

Specificitás,

szenzitivitás

Preklinikai fázis Klinikai fázis

www.

Törzskönyvezés, Piacra dobás

13

www.

14

www.

15

Hogyan lehetne lerövidíteni a

hosszú ideig tartó preklinikai fázist?

Informatika: in silico modellek

jobb in vitro és in vivo modellek

Új biomarkerek találása, fejlesztése

Molekulárisan célzott kutatás

16

Informatikai tudás hasznosítása

17

A WHO kimutatás szerint 10 betegből 1 az egészségügyi ellátás során veszélyeztetve van a fejlődő országokban

A WHO kimutatása szerint az utólagos kórházi ellátás, a perköltségek, a kórházi fertőzések, az így kiesett bevételek egyes országokban 6 -29 Mrd $ tesznek ki.

Az kórházi szakvélemények és diagnózisok 15%-a téves, vagy rossz volt.

(Harvard Business Review, April, 2010).

www.ibm.com

18

„Keminformatika” és medicina

CADD (Computer-assisted drug design)

CML

Non CML

Az első pusztán számítógépes tervezéssel (CADD)

létrehozott gyógyszer az imitanib volt, ami egy

tyrozin-kináz receptort gátló szer. A Philadelphia

kromoszómával rendelkező leukémiában

(krónikus myeloid leikémia CML) sikeresen alkal-

mazták a szert. A bcr-abl fúziós protein szubszt-

rátjának kompetitív gátlásával fejti ki hatását úgy,

hogy ellentétben a korábbi kemoterápiás szerekkel

nem általánosan a gyorsan osztódó sejtekre hat,

hanem szelektíven csak a rákos sejtekre.

90 %-al nőtt a túlélés az imitanibbal kezelt betegeknél.

19

Modellek

a Transzlációs Medicinában

20

Prokarióta sejtek: E. coli, Salmonella t., etc.

Eukarióta sejtek:

élesztő: két hibrid rendszer

sejtkultúrák: Nem emlős: rovar, madár

emlős: egér, patkány, hörcsög, majom, human (tumor pl. HeLa)

Eukarióták:

csirke

egér

patkány

hörcsög

tengeri malac

kutya

majom

Milyen modelleket használhatunk a

preklinikai fázisban?

21

Állati modelleket használunk

emberi betegségek kezelésére! http://www.informatics.jax.org/

http://www.informatics.jax.org/

22

Előfordulnak hibák is…

Publikációs nyomás (nagy pályázatok, karrier)

Hibás kísérleti tervezés: random és vak minták hiánya

Hibás következtetés: a korreláció nem ok-okozati viszony

Az állati sejtkultúra és a humán sejtkultúra nem azonos

Az egér modell nem azonos az emberi szervezettel

Michael Benatar Lost in translation: Treatment trials in the SOD1 mouse and in human ALS

Neurobiology of Disease Volume 26, Issue 1, April 2007, Pages 1-13

23

Példák

I. Transzporterek hatása

Gyógyszervizsgálat a preklinikai fázisban

II. Molekuláris idegsebészet

III. Biomarkerek

IV. A jövő

24

MDRO= multi drug resistance

organism

R. Sasikala, et al. : Surveillance on Multi Drug Resistant Organism (MDRO) associated with Diabetic Foot Ulcers in Pondicherry .

The Internet Journal of Microbiology. 2008 Volume 5 Number 1

Resistence pattern A fejlődő országokban a

cukorbetegek

esetében 20%-os a

az ún. diabeteses láb-

fertőzések aránya.

Egy vizsgálatban az

546 beteg 85%-a

patogén mikrorganizmus-

októl kapott fertőzését

leginkább a Staphylococ-

cus aureus speciális

törzse okozta.

Mindegyik izolátum multi

drog rezisztens volt.

Hogy lehet ez?

25

ABC Transporterek

Nukleotidkötő domainnel rendelkező aktív transzporter transzmembrán proteinek,

ősi fehérje család

Bakteriális transzporterek feladata:

-Import

-Export

Eukarióta transzporterek feladata:

-Export (metabolitok, lipidek, xenobiotics, stb.)

ABC= ATP Binding Casette

26

A humán ABC transzporter fehérjecsaládnak

49 képviselője ismert

http://nutrigene.4t.com/humanabc.htm

ABC alcsaládok

Tagok Funkció Mutációk okozta

betegségek

A

a legnagyobb transzporterek ide

tartoznak (>2100 aminosav), öt

közülük a 17q24 kromoszómán egy

génkluszterben

A koleszterin és vérzsír szállításáért felelős többek között. A fő

szabályozója a sejtek koleszterin és foszfolipid homeosztázisának

pl. Tangier-szindróma

(TD) (atherosclerosis,

low HDL level)

B (MDR/

TAP) 4 fél, 7 egész transzporter

a vér-agy gátban,a májban, a mitokondriumokban vannak, pl. epét,

fehérjéket transzportálnak

pl. progressive

familial intrahepatic

cholestases (PFIC-2)

C 12 egész transzporter ionok transzportja, sejtfelszíni receptorok, toxinok szekréciója, a CFTR

protein is ide tartozik, aminek hibája cisztás fibrózist okoz

pl. Cystic Fibrosis

(CF),

hyperbilirubinaemia

D 4 fél transzporter Peroxiszómákban aktívak

pl.

adrenoleukodystrophy

, demyelinizáló

neuronális betegség

E and F 1 ABCE és 3 ABCF nem transzportálnak, de van ATP-kötő helyük, nincs transzmembrán

domainjük. Fehérjeszintézisben játszanak szerepet

G 6 féltranszporter lipidek, gyógyszerszármazékok, epe, koleszterin, és más szteroidok

transzportálása.

pl. Sitosterolemia

(atheroschlerosis)

27

Működő ABC transzporter 1

28

Működő ABC transzporter 2

29

Működő ABC transzporter 3

30

Multi Drug Resistence (MDR)

ABC transporters in cancer: more than just drug efflux pumps

Jamie I. Fletcher et al. Nature Reviews Cancer 10, 147-156 (February 2010)

A baktériumokban ismert gyógyszer-

rezisztencia rákos sejtekben is meg-

figyelhető.

A kemoterápiás kezelés során gyakran

okoznak gyógyszer rezisztenciát az ABC

transzporterek alábbi tagjai:

-MDR1 (ABCB1), vagy P-Glycoprotein

-MRP1 (ABCC1)

-ABCG2 (BCRP Breast Cancer Resistance Protein)

Megnövelt

efflux

Megnövelt

transzporter

szint

Megnövelt

transzporter

génexpresszió

Megnövelt

efflux

Megnövelt

transzporter

szint

Megnövelt

transzporter

génexpresszió

31

Rovar (Sf9) in vitro esszé

A. P a l et al. In vitro methods suitable for the prediction of drug and ABC transporter, especially ABCG2 interactions Acta

Pharmaceutica Hungarica 77. 205-216. 2007

Kontroll

ABC inhibítor nélkül

ABC Inhibítorral együtt

Kifordított membrán:

„Inside-out”

…és sejtkultúrája

ABC transzportereket fejez ki

Egy bagolylepke (Spodoptera frugiperda)

hernyó…

A Pi felszabadulás a pumpa

aktivitással egyenesen arányos

amivel tesztelni lehet a gyógyszerfejlesztés korai fázisában,

az ABC transzporterekkel való interakciót.

32

Az in vitro és in vivo bioesszé segítségével

megjósolhatjuk egy gyógyszerjelölt molekula

átjutását epithélsejteken

Szöveti gátak a gyógyszerek számára: Végy-agy gát

Máj epithél

Intestinalális epithél

Vese epithél

http://www.solvobiotech.com

agyi kapilláris endothél sejt

lumen

Tight-junction

vér

apikális mmb, vér

basolaterális mmb, agy

enterocyta

Lehetséges-e minden vírus ellen gyógyszert

adni?

33

PK-R APAF-1, FADD

dsRNA felismerő domén Apoptosis indukáló

domén

„vándorló”

domén

DRACO (Double-stranded RNA Activated Caspase Oligomer)

Todd H. Rider, Christina E. Zook, Tara L. Boettcher, Scott T. Wick, Jennifer S. Pancoast, Benjamin D. Zusman. Broad-Spectrum Antiviral Therapeutics. PLoS ONE, 2011; 6 (7)

Normál sejt A fertőzött sejt

szelektíven apoptotizál

34 Todd H. Rider, Christina E. Zook, Tara L. Boettcher, Scott T. Wick, Jennifer S. Pancoast, Benjamin D. Zusman. Broad-Spectrum Antiviral Therapeutics. PLoS ONE, 2011; 6 (7): e22572

14 nappal a fertőzés után a sejtéletképesség visszaállt: Csaknem a 95%-a a sejteknek regenerálódott

35

TM II.

Példa klinikai fázisú fejlesztésre

36

„molekuláris idegsebészet” egy új módszer a végstádiumos rákbetegek fájdalommegszüntetésére

TRPV1 zárva

Capsaicin

Hő,

Capsaicin

RTX

Euphorbia sp.

Resiniferatoxin (RTX)

TRPV1 nyitva

37

Karai L, Olah Z,et al. J CLIN INVEST 113: 1344-1352 (2004)

Deletion of vanilloid receptor 1-expressing primary afferent neurons for pain control

##### ###

RTX kezelt kontroll

A resiniferatoxin (RTX) egy természetben előforduló ún. vanilloid receptor analóg. Ez a receptor csak a fájdalomérző

idegvégződéseken fejeződik ki. A RTX kapcsolódása kinyitja ezt a Ca-ioncsatornát, a tartósan megemelkedett intracelluláris

Ca-szint toxikus a sejtek számára. Így specifikusan, csak a fájdalomérző receptorral rendelkező perifériás idegeket lehet eliminálni,

ami a morfinokra nem reagáló betegek esetén hathatós fájdalomcsillapító megoldást jelent.

38

III.Transzlációs példák

Biomarkerek -> személyre szabott

orvoslás

39

biomarkerek

A biomarkerek olyan biológiai molekulák (fehérje, DNS, RNS, lipid, stb.),

amelyek a vérben, más szövetekben, tumorsejtekben találhatóak, vagy képesek

indikálni kóros/nem kóros folyamatokat, állapotokat, vagy betegségeket

A csoportosítás igen sokrétű, ezek közül a molekuláris biomarkerek típusai:

Diagnosztikai biomarker (pl. cardial troponin a myocardial infarktusé)

staging biomarker (pl. agyi natriuretikus peptid a veleszületett szívbetegségeké)

Prognosztikus biomarker: kezeletlen páciensben a betegséglefolyást, túlélést,

kiújulást indikál

Prediktív biomarker:kezelt betegek alcsoportjában indikálja a terápiára adott

válaszkészséget (KRAS mutáció az a-EGFR terápiában)

http://www.personalizingmedicine.ca

40

Farmakogenomikai Biomarkerek

a szer ↓

Terápiás

terület

↓ Biomarker ↓ Tájékoztatás és útmutató↓

Aripiprazole4 Pszichiátria CYP2D6 klinikai Pharmacologia

Cetuximab (1)14 Oncologia EGFR Adagolás, klinikai farmakologia, kezelés

Cetuximab (2)15 Oncologia KRAS Adagolás, klinikai farmakologia, kezelés

Imatinib (2)35 Oncologia

Philadelphia

chromosome Indikáció és használat,óvintézkedés, tanácsadás

Metoprolol44 Cardiovascular CYP2D6 figyelmeztetés, klinikai Pharmacologia

Nilotinib (1)46 Oncology

Philadelphia

chromosome Indikáció és használat,

Rabeprazole54

Gastroenterolo

gy CYP2C19 interakció, klinikai Pharmacologia

Rasburicase55 Oncology G6PD Boxed Warning, Contraindications

Rifampin, Isoniazid, and

Pyrazinamide56 Antiinfectives NAT1; NAT2 mellékhatás, klinikai Pharmacologia

Tamoxifen60 Oncology Estrogen receptor Indikáció és használat,óvintézkedés, tanácsadás

Valproic Acid72 Psychiatry

NAGS; CPS; ASS;

OTC; ASL;

ARG Kontraindikáció, Precautions, mellékhatás

Venlafaxine73 Psychiatry CYP2D6 interakció

Warfarin (2)76 Hematology VKORC1 Adagolás, klinikai farmakologia, kezelés

http://www.fda.gov/

41

Anti-EGFR terápia rezisztencia

KRAS mutációk 30-40% -ban lépnek fel vastagbélrák esetén.

BRAF mutációk további 12-15% -ban lépnek fel, így csökkentve az anti-EGFR kezelést

http://www.clarientinc.com/clarient-home/kras-and-braf.aspx

rákos sejt proliferál Anti-EGFR gátolja

A proliferációt

Anti-EGFR nem gátolja

A proliferációt mert mut.

KRAS aktív marad

42

EGFR: epidermal growth factor

és a KRAS a rákterápiában

www.exiqon.com

43

BRAF a rákterápiában

www.exiqon.com

44

Egy biomarker vagy több?

(farmakogenomika) Nemcsak 1-1 biomarker, hanem azok egész sorozata jellemez jól

egy-egy állapotot.

„Egy új kutatási terület van kibontakozóban, ami a funkcionális genomikát, azaz a nagyteljesítményű újgenerációs szekvenátorok segítségével a humán genomokat, a rák genomokat és epigenomokat képes vizsgálni. Az így kapott új genetikai adatokból és a klinikai ismeretekből felépített hálózati modellekkel olyan biomarkereket találhatunk, amelyek az egyedi kockázati tényezőket képesek megjósolni.”

Innovative biomarker development for personalized medicine in breast cancer care

George C Zografos, Dimitrios H RoukosBiomarkers in Medicine, Feb 2011, Vol. 5, No. 1, Pages 73-78.

45

A jövő ?

Jelleg Rizikó

skizofrénia 2x

Dopamin receptor D4.2+

artritis >65év 18%

szívelégtelenség 22%

magasvérnyomás 8%

tüdőrák 27%

prosztatarák 12%

vastagbélrák 10%

leukémia 7%

bőrrák 4%

Emlő/petefészek rák 0%

öngyilkosság 6%

IQ A+B-C0D*...Q+…Z23a

(stb.)

• D3 polimorfizmus: EPS fokozott hajlam

• COMT funkcionális polymorphismus: prefrontalis cognitio csökkenés

46

új technológiák

47

Bioengineering és Nanotechnology az MRSA

(methicillin resistance Staph. aur.) ellen

Biodegradable nanostructures with selective lysis of microbial membranes –

Fredrik Nederberg et al. Nature Chemistry (2011) April 02.

önszerveződés előtte

utána

Az első biodegradábilis, nem antibiotikum

alapú kezelés iatrogén fertőzés ellen:

sejtfalspecifikus lízis utána

sejtfal

sejtmmb

48

Lab on Chip:

Szívinfarktus után specifikus fehérje biomarkereket detektálhatunk egy

pár cm2 chip segítségével. A módszer lényege szendvics ELISA és

immunofluoreszcens mikrokapilláris kromatográfia. Pár csepp vér

elegendő, amely kapilláris erő hatására vándorol a reagensek

között.

Lab Chip, 2009, 9, 3330-3337

49

Gáz jelátvívők: új lehetőség a

transzlációs tudományban

Veszélyes egészégkárosítók, vagy hasznos

gyógyszerek?

NO, CO, SH2: lokális szignálmolekulák a szívben, a

gyulladásos folyamatokban és az idegrendszerben

Hatásos vasodilatátor funkció sokk esetén

C. Szabo, Gaseotransmitters: New Frontiers for Translational Science. Sci. Transl. Med. 2, 59ps54 (2010).

50

51

„ételed legyen a gyógyszered” - Hyppocrates

Gyógyszerek ételekben

Kísérletileg igazolt,

gyógyszerhatástanilag

bevizsgált módszerekkel

ún. funkcionális ételek

fejlesztése

szegedi élelmiszergyártók

és biotech fejlesztés

www.mentalfitol.eu

52

összefoglalás

nem új tudomány

de új kutatási, támogatási, fejlesztési

megközelítés

egy az egyben alkalmazható, klinikai

hasznosíthatóságra, biomarkerekre fókuszált

kutatások

cél a molekuláris biológiai eredmények

alkalmazása a klinikumban

53

Ideális esetben:

A Transzlációs Medicina kutatásai a gyógyszerfejlesztés,

és a diagnosztika mostani 10-15 éves

preklinikai – klinikai fázis átmenetét

5 évre csökkenti

Preklinikai: 10-15 év-> 5 év Klinikai

54

A Transzlációs Medicina

egyben összetett gondolkodásmód a politikai,

gazdasági, társadalmi és egyéb

tudományterületek között

www.ibm.com

55

Amit tudni kell:

Mi a Transzlációs Medicina?

Miért fontos?

Mik a klinikai fázisok?

Mik a biomarkerek?

Néhány példa ismerete…

56

Vége

I will not pick a bad Secretary of Education. I will not pick a bad Secretary of Education.

I will not pick a bad Secretary of Education. I will not pick a bad Secretary of Education.

Thank you for Your attention! Thank you for Your attention! Thank you for Your attention! Thank you for Your attention! Thank you for Your attention!

prazsak.istvan@gmail.com