Bases Científicas dosMétodos Alternativos ao Uso de Animais

Eduardo Pagani MD PhD

Gerente de Desenvolvimento de Fármacos do LNBio

Coordenador da RENAMA no LNBio

Raciocínio Toxicológico Clássico

Talidomida introduzida em 1957 como antiemético para gestantes sem ser testada em humanos.

http://www.chm.bris.ac.uk/motm/thalidomide/start.html

Por que desenvolver e implementar métodos alternativos ao uso de animais?

• Ética

• Economia de:

– Recursos

– Tempo

• Melhora do potencial preditivo

Out-of-Pocket and Capitalized Costsper Approved Drug

121

336282

466403

802

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Mil

lio

ns o

f 2000 $

Preclinical Clinical Total

Out-of-Pocket Capitalized

Source: DiMasi et al., J Health Economics 2003;22(2):151-185

H. Olson et al. Toxicology Letters 102-103 (1998) 535-538

O raciocínio toxicológico clássico

• Cumpriu seus objetivos mas,

• Apresenta problemas éticos;

• Consome muito tempo e dinheiro;

• Apresenta limitações para a predição de risco:

– Supervaloriza a segurança em detrimento do acesso.

– Não é adequado para idiossincrasias.

– Evoluiu pouco nas últimas décadas principalmente em função de implicações regulatórias.

Quais as iniciativas em curso para métodos mais baratos, mais rápidos e mais preditivos?

Métodos in silico

• Simulações feitas por computador

• Avalia propriedades farmacológicas por comparações com substâncias já conhecidas

• Utiliza extensas bases de dados disponíveis

• É rápido e barato

Development of a Successful New Drug (Total Cost ~$900 mm)

0

15 Colocação

Regis tro

Desenvolvim ento

P esquis

aBás ic

a

1

2

2-5

5

250

Substâncias

5,000 - 10,000

Substâncias

Vigi lância San itária

Tes te s Clín icos

(Hum anos)

Tes te s P ré Clín icos

(Anim ais l)

Sin tese

Exam e &

Escolha

Fase

IV

Fase

III

Fase

II

Fase I

A

N

O

S

Sou rce : P h RMA

Fonte: Tufts University - 2003

Depósito da Patente4

Farmacocinética

Lipinski, C.A. et al. (1997) Experimental and computational approaches to estimate solubility

and permeability in drug discovery and development settings. Adv. Drug Deliv. Rev. 23, 3–25

Toxicidade

Projeto eTOX

MetaDrug™ • Mecanismo de ação, toxicidade e efeitos em outros alvos,

• Banco de dados com mais de 600.000 compostos

• Prediz os metabólitos gerados com base em regras empíricas.

ACD/Toxicity

• Predição de efeitos nos sistemas: cardiovascular, digestório, urinário, hematopoiético, respiratório e endócrino.

• Predição de genotoxicidade

• Predição da interação com o canal de potássio (hERG) –(toxicidade cardiovascular).

• Predição de irritação da pele.

MetaDrug

Tanimoto prioritization

(TP), a maior similaridade

estrutural com alguma

molécula do set de

treinamento.

ACD/Labs Percepta

Predictors

PhysChem Modules

Absolv

Aqueous Solubility

Boiling Point

LogD

LogP

pKa

Sigma

Other PhysChem Descriptors

ADME Modules

Blood Brain Barrier Permeation

Cytochrome P450 Inhibitors

Cytochrome P450 Substrates

Distribution

Maximum Recommended Daily Dose

Oral Bioavailability

Passive Absorption

P-gp Specificity

PK Explorer

Regioselectivity of Metabolism

Toxicity Modules

Acute Toxicity

Aquatic Toxicity

Endocrine System Disruption

Genotoxicity

Health Effects

hERG Inhibition

eye and skin Irritation

Resultados

Métodos in vitro

1- Vias de ToxicidadeTox21

A maioria das toxinas conhecidas age em poucas vias:

• A maioria das hepatotoxinas atua na apoptose induzida pelo TNF.

• Muitas neurotoxinas interferem com o metabolismo do cálcio.

• Muitas imunotoxinas interferem com o receptor Aryl Hydrocarbon (AhR) linfocitário.

• Muitas substâncias que interferem com o sistema endócrino se ligam a receptores esteroidais.

• A maioria das interações medicamentosas ocorre por interferência com o citocromo P450.

• Muitos compostos mutagênicos possuem grupos aldeídos ou são metabolizados em substâncias que os possuem.

Leist M, Hartung T, Nicotera P. The dawning of a new age of toxicology.

ALTEX. 2008;25(2):103-14. PubMed PMID: 18551234.

Toxicology in the 21st Century (Tox21)

• Federal collaboration between NIH, EPA and FDA.

• Aimed at developing better toxicity assessment methods.

• Established in 2008, on Pathways of Toxicity (PoT) concept.

• Completed HTS in 2800 compounds > 50 assays.

• Data published at PubChem and ToxCast.

• The second phase is testing 10,000 compounds at NCGC.

• Consortium partners will develop a range of secondary and tertiary follow-up assays to further define and characterize activities identified in initial high-throughput screens.

2- Toxicidade local

Pele Humana Reconstituída

http://www.skinethic.com/pageLibre000101af.asp

Métodos Alternativos Validados - OECD

• Absorção pela Pele– Test No. 428; 23 Nov 2004: Skin Absorption: In Vitro Method

• Corrosão da Pele– Test No. 430; 26 July 2013: In Vitro Skin Corrosion: Transcutaneous Electrical Resistance Test Method

(TER)

– Test No. 431; 26 July 2013: In Vitro Skin Corrosion: Reconstructed Human Epidermis (RHE) Test Method

– Test No. 435; 17 Aug 2006: In Vitro Membrane Barrier Test Method for Skin Corrosion

• Irritação da Pele– Test No. 439; 26 July 2013: In Vitro Skin Irritation - Reconstructed Human Epidermis Test Method

• Irritação Ocular– Test No. 437; 26 July 2013: Bovine Corneal Opacity and Permeability Test Method for Identifying i)

Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage

– Test No. 438; 26 July 2013: Isolated Chicken Eye Test Method for Identifying i) Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage

• Fototoxicidade– Test No. 432; 23 Nov 2004: In Vitro 3T3 NRU Phototoxicity Test

• Genotoxicidade– Test No. 476; 21 July 1997: In vitro Mammalian Cell Gene Mutation Test

3- Toxicidade Sistêmica

Principais Áreas da Toxicologia Sistêmica

Altex 31, 3/14

Alergia

• Direct Peptide Reactivity Assay (DPRA)

• KeratinoSens - Nrf2/Keap1/ARE Pathway

• SenCeeTox® Skin Sensitisation Assay -Toxicogenômica

Toxicidade reprodutiva

Toxicidade Doses RepetidasToxicocinética & Farmacocinética

Cultura de Tecidos Humanos

Pele Humana Reconstituída

http://www.skinethic.com/pageLibre000101af.asp

Pulmão

https://www.youtube.com/watch?v=52IL9gemyDw

Rim

Coração

Videos

https://www.youtube.com/watch?v=S6t30-abqCY

https://www.youtube.com/watch?v=52IL9gemyDw

Human on a Chip

Profissionais envolvidos

• Biólogos moleculares e celulares

• Microbiologistas

• Fisiologistas

• Farmacologistas

• Imunologistas

• Biotecnólogos

• BioEngenheiros

• Bioinformatas

• Clínicos

Perspectivas

Altex 31, 3/14

In Vitro Testing Industrial Platform Recomendations May, 2013

• Industry and regulatory bodies should not wait for complete suites of alternative tests to become available, but should begin working with methods available right now

• Share information (communication), harmonization and standardization (coordination), commitment

• How alternative methods can be used in research and development before formal implementation in regulations should be considered.

Russell, W.M.S. and Burch, R.L. The Principles of Humane Experimental Technique Methuen,

London, 1959

• Reduction: obtain comparable information from fewer animals.

• Replacement: use of non-animal methods whenever it is possible to achieve the same scientific aims.

• Refinement: alleviate or minimize potential pain, suffering or distress and enhance animal welfare.

Obrigado!

eduardo.pagani@lnbio.cnpem.br

Fone: 19 3512 1099