Basics of Biologics 3900-BT1-3

Wykład 1 – Wprowadzenie: historia i rodzaje leków biologicznych

Od terapii surowicą i insuliny pozyskiwanej metodami ekstrakcyjnymi po białka rekombinowane, przeciwciała monoklonalne, kwasy nukleinowe i żywe komórki. Przegląd głównych rodzajów leków biologicznych oraz kryteriów ich klasyfikacji: czym jest substancja czynna, w jaki sposób jest wytwarzana i regulowana oraz jak długo utrzymuje się jej działanie. Porównanie małych cząsteczek i leków biologicznych pod względem dostępnych celów molekularnych, swoistości, możliwości podawania doustnego, kosztów produkcji, immunogenności i kosztu wytworzenia. Leki biopodobne a leki generyczne oraz przyczyny, dla których identyczności leku biologicznego nie można potwierdzić wyłącznie metodami analizy chemicznej.

Wykład 2 – Leki biologiczne oparte na małych cząsteczkach RNA: siRNA, miRNA i ASO

Dwa główne mechanizmy działania: degradacja RNA zależna od RNazy H, wykorzystywana przez antysensowne oligonukleotydy typu gapmer, oraz wyciszanie ekspresji genów za pośrednictwem kompleksu RISC przez siRNA. Antysensowne oligonukleotydy blokujące sterycznie jako trzeci mechanizm, ze szczególnym uwzględnieniem modulacji splicingu. Modyfikacje chemiczne jako technologia umożliwiająca zastosowanie terapeutyczne: szkielety fosforotioatowe, modyfikacje cukrowe 2′-O-metylowe i 2′-MOE oraz LNA, wraz z ich wpływem na toksyczność i wiązanie z białkami. Wyzwania związane z terapiami opartymi na mikroRNA: plejotropia, trudności w określeniu indeksu terapeutycznego dla cząsteczek oddziałujących na wiele celów oraz wnioski z zakończonych niepowodzeniem programów rozwoju leków. Hybrydyzacja poza celem, efekty zależne od sekwencji „seed” oraz aktywacja odporności wrodzonej jako charakterystyczne ograniczenia tych terapii.

Wykład 3 – Dostarczanie leków biologicznych opartych na RNA

Ilościowe ujęcie problemu dostarczania: jaka część podanej dawki dociera do cytoplazmy komórki docelowej i gdzie trafia pozostała część. Nanocząstki lipidowe (LNP): jonizowalne lipidy, fosfolipidy pomocnicze, cholesterol i lipidy PEG oraz zależny od apolipoprotein mechanizm sprawiający, że hepatocyty są ich domyślnym miejscem docelowym. Ucieczka z endosomu jako etap ograniczający skuteczność dostarczania i znaczenie nawet kilkuprocentowej wydajności tego procesu. Koniugaty ukierunkowane na receptory oraz system GalNAc–receptor asialoglikoproteinowy, który umożliwił podskórne podawanie leków siRNA ukierunkowanych na wątrobę w bardzo długich odstępach czasu. Strategie dostarczania do tkanek pozawątrobowych wykorzystujące ładunek, ligandy i formulacje selektywne narządowo. Immunogenność PEG, aktywacja dopełniacza, odstępy między dawkami oraz ograniczenia produkcyjne dotyczące produktów nanocząsteczkowych.

Wykład 4 – Terapie oparte na mRNA: szczepionki i inne zastosowania

Budowa terapeutycznego mRNA: struktura kapu i kotranskrypcyjne przyłączanie kapu, regiony nieulegające translacji, wykorzystanie kodonów, długość ogona poli(A) oraz modyfikacje nukleozydów. Mechanizm, dzięki któremu zastosowanie modyfikowanych urydyn ogranicza aktywację odporności wrodzonej i umożliwia terapeutyczne wykorzystanie mRNA. Samoamplifikujące RNA i koliste RNA jako alternatywne konstrukcje o odmiennych profilach dawki i czasu działania. Zastosowania poza szczepieniami profilaktycznymi: szczepionki przeciwnowotworowe oparte na neoantygenach, zastępowanie białek, wytwarzanie wydzielanych przeciwciał oraz przejściowa inżynieria komórek in vivo. Łańcuch chłodniczy, stabilność oraz problemy analityczne dotyczące produktów, których właściwości są w znacznym stopniu określane przez profil zanieczyszczeń.

Wykład 5 – Terapia genowa i technologie oparte na CRISPR/Cas9

Strategie in vivo i ex vivo. AAV jako platforma dostarczania: tropizm serotypów, inżynieria kapsydu, utrzymywanie się DNA w postaci episomalnej i związana z tym utrata efektu w dzielących się tkankach, wcześniej istniejące przeciwciała neutralizujące, zależna od dawki hepatotoksyczność oraz aktywacja dopełniacza. Wektory lentiwirusowe stosowane do modyfikacji ex vivo, miejsca integracji oraz historia mutagenezy insercyjnej, która wpłynęła na standardy bezpieczeństwa. Edycja genomu: indukowane przez nukleazy pęknięcia dwuniciowego DNA i mechanizmy ich naprawy, edycja zasad oraz prime editing jako alternatywy niewymagające tworzenia pęknięć dwuniciowych. Dostarczanie jako główne ograniczenie tych technologii. Ocena efektów poza celem, mozaicyzm, granice modyfikacji linii zarodkowej oraz aspekty etyczne i regulacyjne.

Wykład 6 – Leki biologiczne oparte na białkach: przeciwciała terapeutyczne

Powiązanie budowy immunoglobulin z ich funkcją: wiązanie antygenu, aktywacja mechanizmów efektorowych oraz zależne od FcRn wydłużenie okresu półtrwania. Metody otrzymywania przeciwciał: technologia hybrydom, metody prezentacji (display), zwierzęta transgeniczne oraz projektowanie oparte na strukturze, a także humanizacja i dojrzewanie powinowactwa. Inżynieria regionu Fc umożliwiająca modulację funkcji efektorowych, glikozylacja jako krytyczny atrybut jakości oraz strategie wydłużania okresu półtrwania. Formaty inne niż IgG: fragmenty przeciwciał, przeciwciała bispecyficzne i multispecyficzne oraz koniugaty przeciwciało–lek (ADC), w tym zasady projektowania łącznika i substancji cytotoksycznej. Ocena możliwości rozwoju produktu: agregacja, lepkość, podatność chemiczna regionów CDR oraz przewidywanie immunogenności.

Wykład 7 – Terapie komórkowe: CAR-T i bispecyficzne cząsteczki angażujące limfocyty T

Budowa chimerycznego receptora antygenowego: domena wiążąca, region zawiasowy, domena transbłonowa, domeny kostymulujące i sygnałowe oraz wpływ kolejnych generacji CAR na trwałość i siłę odpowiedzi. Produkcja autologicznego produktu komórkowego: afereza, transdukcja, namnażanie komórek, badania przed zwolnieniem produktu oraz czas „vein-to-vein”. Limfodeplecja i jej uzasadnienie. Zespół uwalniania cytokin i neurotoksyczność jako toksyczności wynikające z mechanizmu działania oraz sposoby ich postępowania. Bispecyficzne cząsteczki angażujące limfocyty T jako dostępna od ręki alternatywa o odmiennej farmakokinetyce i dynamice toksyczności. Przyczyny ograniczonej skuteczności w guzach litych: migracja komórek, immunosupresyjne mikrośrodowisko, heterogeniczność antygenowa i ucieczka antygenowa. Allogeniczne terapie CAR oraz generowanie komórek CAR in vivo jako aktualne kierunki rozwoju.

Wykład 8 – Terapie komórkowe w chorobach neurodegeneracyjnych

Możliwości i ograniczenia terapii komórkowej w degenerującym układzie nerwowym: zastępowanie określonej utraconej populacji komórek w porównaniu z modyfikacją rozproszonego procesu neurodegeneracyjnego. Choroba Parkinsona jako modelowe zastosowanie – przeszczepy tkanki płodowej i wynikające z nich doświadczenia oraz przejście do progenitorów dopaminergicznych otrzymywanych z pluripotencjalnych komórek macierzystych. Przeżycie przeszczepu, unerwienie i konieczność immunosupresji. Autologiczne i allogeniczne źródła komórek oraz ocena ryzyka nowotworzenia wymagana dla produktów pochodzących z komórek pluripotencjalnych. Dostarczanie do ośrodkowego układu nerwowego: podanie stereotaktyczne, bariera krew–mózg, podanie dokanałowe i wektory o modyfikowanych kapsydach. Projektowanie badań klinicznych w chorobach o powolnej progresji i znaczącym efekcie placebo.

Wykład 9 – Terapie komórkowe: mikrobiom

Żywe produkty bioterapeutyczne jako regulowana klasa leków odrębna od suplementów diety i konwencjonalnych leków biologicznych. Transplantacja mikrobioty kałowej jako potwierdzenie koncepcji terapeutycznej w nawracających zakażeniach *Clostridioides difficile* oraz rozwój standaryzowanych produktów. Zdefiniowane konsorcja bakteryjne i uzasadnienie przejścia od niezdefiniowanego materiału dawcy do scharakteryzowanego produktu możliwego do standaryzowanej produkcji. Inżynieryjnie modyfikowane żywe produkty bioterapeutyczne: bakterie jako platformy produkcyjne in situ, z uwzględnieniem kontroli biologicznej i bezpieczeństwa biologicznego. Oporność na kolonizację, ocena wszczepienia mikroorganizmów, badania przesiewowe dawców oraz przyczyny trudności w wykazaniu skuteczności w innych wskazaniach pomimo przekonujących podstaw mechanistycznych.

Wykład 10 – Leki biologiczne oparte na białkach: homeostaza glukozy

Insulina jako pierwszy lek biologiczny i przykład ciągłego rozwoju inżynierii białek: analogi projektowane w celu uzyskania szybkiego wchłaniania lub stabilnego, wielodniowego działania poprzez substytucje aminokwasów, zmianę punktu izoelektrycznego i acylację kwasami tłuszczowymi. Biologia inkretyn i jej wykorzystanie terapeutyczne – agoniści receptora GLP-1, problem bardzo krótkiego okresu półtrwania natywnego peptydu oraz strategie acylacji i fuzji pozwalające go wydłużyć. Podwójni i potrójni agoniści receptorów oraz przesunięcie głównego celu terapeutycznego z kontroli glikemii na redukcję masy ciała. Doustne dostarczanie peptydów i zwiększanie ich przenikalności. Koncepcje terapii reagujących na stężenie glukozy i systemów zamkniętej pętli. Moduł stanowi również przykład inżynierii peptydów jako samodzielnej dziedziny projektowania leków.

Wykład 11 – Oddziaływanie na cele uznawane za niedostępne farmakologicznie: PROTAC i ukierunkowana degradacja białek

Ograniczenia farmakologii opartej na trwałym zajęciu celu molekularnego oraz koncepcja mechanizmów katalitycznych opartych na zdarzeniu. Tworzenie kompleksu trójskładnikowego między białkiem docelowym, degraderem i ligazą E3; kooperatywność i efekt haka („hook effect”) oraz przyczyny, dla których siły działania degradera nie można utożsamiać ze stałą wiązania. Dostępne ligazy E3 i niewielka liczba ligaz wykorzystywanych obecnie w praktyce. Kleje molekularne, w tym retrospektywne wyjaśnienie mechanizmu działania talidomidu, oraz trudności związane z ich odkrywaniem. Degradacja białek zewnątrzkomórkowych i błonowych oraz strategie wykorzystujące autofagię do usuwania agregatów i organelli. Chemia medyczna wykraczająca poza klasyczną przestrzeń właściwości leków doustnych, mechanizmy oporności związane z utratą ligazy oraz aktualny etap rozwoju klinicznego degraderów.

Wykład 12 – Leki biologiczne w praktyce klinicznej: od laboratorium do pacjenta

Czynniki odróżniające aktywną cząsteczkę od zatwierdzonego produktu leczniczego. Chemia, wytwarzanie i kontrola jakości (CMC) produktów, których właściwości są definiowane przez proces produkcyjny; testy aktywności biologicznej oraz ocena porównywalności po zmianie procesu. Ocena immunogenności i konsekwencje powstawania przeciwciał przeciwlekowych. Ścieżki regulacyjne dotyczące leków biologicznych, produktów terapii zaawansowanej i leków biopodobnych oraz znaczenie warunkowych i przyspieszonych procedur dopuszczania do obrotu. Wycena, refundacja i dostępność jednorazowych terapii o potencjalnie długotrwałym działaniu. Terapie chorób ultrarzadkich i interwencje typu *n-of-1* oraz rozwiązania regulacyjne umożliwiające ich rozwój. Nadzór nad bezpieczeństwem po wprowadzeniu produktu do obrotu, obowiązki długoterminowej obserwacji terapii genowych i komórkowych oraz działania niepożądane i inne problemy ujawniające się dopiero przy stosowaniu terapii na dużą skalę.