Formulering. Drug Delivery. Boksord

Transkript

1 Boksord fra patent til patient Fra patent til patient Forskning og udvikling Patentering Præklinisk udvikling Produktion Klinisk udvikling fase 1, 2, 3 og 4 Registrering Pharmacovigilance Kvalitetssikring Markedsføring Distribution og salg Klinisk farmaci handler i bund og grund om at kombinere et lægemiddelstof mest hensigtsmæssigt med andre kemiske stoffer/materialer (hjælpestoffer) for at opnå et stabilt produkt og den optimale terapeutiske effekt. Samtidig tilstræber man at finde den lægemiddelform, der er mest acceptabel og bekvem for patienten. Drug Delivery Drug delivery handler om de fremgangsmåder, formuleringer, teknologier og systemer til transport af lægemiddelmolekylerne i kroppen for sikkert at nå den ønskede terapeutiske virkning. Ofte er begreberne anvendt, så de overlapper, men som udgangspunkt angår lægemiddelformulering formen af lægemidlet (herunder om det er fast, halvfast eller flydende), mens drug delivery angår designet og transportegenskaberne. 6 pharma december 2014

2 Af Anne Cathrine Schjøtt / Foto Colourbox sikrer form og optimal virkning Tungen skal holdes lige i munden, når et molekyle har vist sig at have en effekt. Det skal nemlig formuleres ind i en brugbar medicin, hvor både hjælpestoffer, form og stabilitet har en afgørende rolle. Lægemiddelformulering er farmaceuternes hellige gral. Det er i denne disciplin, at tværfagligheden i det farmaceutiske fag kommer til sin ret og strækkes til det yderste. Forskere forsøger at finde en balance mellem to ofte modsatrettede forhold biologiske og fysisk-kemiske for derigennem at opnå den optimale effekt af et lægemiddelstof, samtidig med at det er det sikreste og mest bekvemme lægemiddel for patienten. Derfor stiller det store krav til det formuleringsmæssige arbejde.»der er lang vej fra at identificere et egnet lægemiddelmolekyle til at fremstille det færdige lægemiddel. Lægemidlets form og samlede indhold skal sikre, at man opnår den størst mulige effekt med færrest mulige bivirkninger, når man giver det til patienten. Det betyder, at der er et stort arbejde med at pakke lægemiddelstoffet ind, så det bliver givet det i den rigtige form og den nødvendige kvalitet og derefter bliver afleveret intakt det rigtige sted i organismen, i den rigtige mængde og på det rigtige tidspunkt,«fortæller Flemming Madsen, institutleder på Institut for Farmaci på Københavns Universitet. safdelinger i virksomheder er med i lægemiddeludviklingen i en lineær proces. Først identificerer forsknings- og udviklingsafdelingen et target og finder stoffer, der virker behandlende. Derefter testes stofferne for effekt i forskellige modeller. Når en effekt er påvist, begynder formuleringsafdelingen at pakke stoffet ind. Både indpakning og transport Der er utroligt mange hensyn at tage, når et lægemiddel skal formuleres: Doseringsnøjagtighed, fysisk-kemisk og/ eller mikrobiel stabilitet, kontrolleret afgift, biotilgængelighed, kropsforligelighed og brugervenlighed. Ofte skal der endda jongleres med flere eller alle forhold på én gang.»lægemiddelformulering bliver derfor ofte en yderst kompleks affære, og det kræver ny viden hele tiden at forbedre eksisterende lægemidler, såvel som at tackle formuleringen af nye lægemiddelstoffer af forskellig natur,«siger Flemming Madsen. Indpakningen kan give lægemidlet form som f.eks. injektionsvæske eller næsespray, creme/salve eller tablet. Lægemidlets endelige form og hjælpestofferne er de to vigtigste forskningsområder for formuleringsområdet. Uden denne del ville der slet ikke findes medicin i verden.»for hvad vil et effektivt molekyle være, hvis det hverken kan doseres til patienten eller afleveres det rette sted i kroppen,«spørger han retorisk. Hjælpestofferne har tre primære formål: At stabilisere lægemiddelstoffet, sikre at der ikke sker en nedbrydning af det og sørge for at transporten af det i kroppen sker korrekt. Kontrære molekyler Selvom formuleringseksperterne ønsker at skabe generiske løsninger, der kan anvendes på flere forskellige lægemiddelmolekyler, er det umuligt at finde en one size fits all, og hvert molekyle rummer sin egen formuleringsudfordring.»der er derfor store forskelle på de udfordringer, man står over for, hvad enten man arbejder med små eller store molekyler, og en formuleringsperson må ofte bruge en kombination af viden og fantasi. Hvor mange små molekyler ofte er meget potente, men meget lidt opløselige, så er store molekyler som peptider og proteiner vanskelige at arbejde med på grund af stabiliteten,«forklarer institutlederen. Fx forsøger Novo Nordisk at lave et lægemiddel i fast form med insulin til oralt indtag. Men når man forsøger at formulere store proteiner som orale produkter, støder man ind i problemer. Dels fordi proteinet nedbrydes i mave-tarm kanalen, dels fordi proteinet, hvis det kommer nogenlunde intakt frem, har svært ved at krydse den biologiske membran på grund af molekylets størrelse.»vi har i årtier arbejdet med at formulere tungtopløselige små molekyler, og vi er kommet langt med fornuftige formuleringsmuligheder, selvom det til stadighed er en udfordring. Men den hastige udvikling af proteiner og peptider med terapeutisk effekt udgør en nyere og omfattende lægemiddelformuleringsopgave. Det er et komplekst problem, men også et utroligt spændende forskningsområde,«slutter han. pharma december

3 Boksord fra patent til patient Af Anne Cathrine Schjøtt Statens Serum Institut: Leverer højtspecialiseret hjælpestof For at kroppen kan få gavn af vacciner, kræver det hjælpestoffer, som aktiverer specifikke dele af immunforsvaret. Et sådan hjælpestof har Statens Serum Institut udviklet, og flere vacciner er i eller på vej mod klinisk udvikling. Fra patent til patient Forskning og udvikling Patentering Præklinisk udvikling Produktion Klinisk udvikling fase 1, 2, 3 og 4 Registrering Pharmacovigilance Kvalitetssikring Markedsføring Distribution og salg Klinisk farmaci Nutidens vacciner laves af højt oprensede proteiner, som kroppen ville nedbryde med det samme, hvis ikke indgiften ledsages af stimulation af immunforsvaret. Det er et problem for patienten, da proteinet ikke altid vil aktivere immunforsvaret. Hos Statens Serum Institut (SSI) har vaccineforskningsafdelingen, i et projekt ledet af Dennis Christensen, skabt en metode til at aktivere og dirigere immunforsvaret. Det oprensede protein er den del af sygdomsbakterien, som menneskekroppen genkender, hvis den bliver udsat for sygdommen. Vaccinen skaber dermed ikke en inflammation, da den er et rent komponent og ikke som tidligere datoers vacciner et helt, men inaktiveret molekyle. Proteinet (antigenet) bliver kædet sammen med nogle fedtkugler (liposomer), som gør, at immunforsvaret genkender antigenet som en mikroorganisme. Fedtkuglen kaldes et adjuvans og kan styres til at påvirke forskellige dele af immunsystemet alt efter ønsket effekt.»når man gør en vaccine for ren, mister man mange af de immunaktiverende egenskaber, som man havde i de gamle vacciner bestående af hele svækkede eller dræbte virus/bakterier. Derfor er adjuvanset nødvendigt. Med adjuvanset kan man designe en vaccine uden alle bivirkningerne og samtidig sikre, at immunforsvaret bliver sparket i gang, når det bliver udsat for vaccinen,«fortæller projektleder Dennis Christensen, Vaccine Adjuvant Research, SSI. er altoverskyggende Selvom SSI hermed har fat i den lange ende, understreger Dennis Christensen, at man risikerer lave en vaccine, der ikke virker særlig godt, hvis ikke man har den rigtige formulering også selvom de samme komponenter indgår i vaccinen.»liposomerne skal laves på den rigtige måde. Det handler om den rigtige formulering. Om det klassiske farmaceutiske håndværk. smetoden for adjuvanser, der inducerer forskellige immunsvar, er i mange tilfælde ens. Men det kræver stor formuleringsmæssig kunnen at få et stabilt produkt, når proteiner, liposomer og immunstimulerende komponenter bestående af fx glycolipider eller DNA-fragmenter skal kombineres. Dertil har interaktionen mellem disse makromolekyler stor betydning for immunsvaret. Man kan dermed ved ændring af formulering styre, hvilket immunsvar man ønsker i sidste ende«siger han.»når man ændrer på nogle fysisk-kemiske parametre, der fx gør dem mere 8 pharma december 2014

4 Vaccine med antigen alene Ingen/minimal aktivering af immunsystemet Ingen beskyttelse mod infektion Kilde: Statens Serum Institut Vaccine med adjuveret antigen Optimal aktivering af immunsystemet God beskyttelse mod infektion flydende eller neutralt ladede, altså når man ændrer på formuleringen, ændrer man også immunsvaret. Så vi arbejder på at optimere adjuvanserne i forhold til den ønskede effekt i en ny formulering. Det sker ved at tilføje nogle komponenter, der gør dem mere stabile i den ønskede form.«eksempelvis skal en vaccine mod influenza aktivere en anden type forsvar i kroppen end en kræftvaccine. Derfor skal adjuvanser til forskellige formål have forskellige egenskaber.»adjuvanset lærer immunforsvaret at reagere på en bestemt måde over for det protein, som adjuvanset følger i vaccinen. Så vi har udviklet adjuvanser, der inducerer immunforsvaret på forskellig vis,«uddyber han. Adjuvans i fase 1 SSI har allerede deres første adjuvans (CAF01) i kliniske forsøg. Anden adjuvans (CAF09) kommer i klinisk afprøvning inden for det næste års tid. Det er en vaccine mod tuberkulose, der er nået længst, og adjuvanset, der bruges i denne vaccine, CAF01, inducerer et kraftigt CD4+ Th1 celle immunsvar, da det hjælper til at isolere tuberkulosebakterien, så den ikke kan sprede sig. Den næste vaccine i kliniske forsøg er mod cancer og indeholder CAF09, der aktiverer et kraftigt CD8+ T celle immunsvar. CD8+ T celler dræber de inficerede eller muterede celler, hvilket er brugbart i cancerterapi. I fase 1-forsøg undersøges primært sideeffekterne, og ifølge den seneste publikation fra SSI er de ikke mærkbare. Adjuvanset er tiltænkt flydende formuleringer, men SSI arbejder også med andre formuleringer. I fremtiden håber forskerne at kunne give vacciner med adjuvans intranasalt gennem en spray, mens frysetørring af vaccine med adjuvans også er i projektkurven. Den frysetørrede vaccine er god til transport over lange distancer, hvor den inden udlevering skal opløses i en væske. Frysetørring er næste skridt Den frysetørrede batch er endnu ikke er klar, fordi vaccinens form er underordnet i de kliniske undersøgelser.»der er ingen grund til at lave alle optimeringerne, hvis vaccinen er uden effekt. Vi har lavet den mest simple form, den flydende, til de kliniske forsøg, og derefter ved vi, hvilke yderligere formuleringer, vi skal arbejde med,«siger projektlederen. Adjuvanset har en treårig halveringstid ved køleskabstemperatur i den flydende form. Interaktionen mellem vaccinen og adjuvanset fører dog til destabilisering. Specielt fordi proteiner typisk er langt mere ustabile end adjuvanset, når de bliver opbevaret i flydende form.»vi ønsker, at man i fremtiden skal undgå at blande de to væsker med hhv. adjuvans og vaccine lige før brug, som man gør med fx pandemiinfluenzavaccinen fra Derfor er frysetørring af den færdigformulerede vaccine en god løsning, da det stopper destabiliseringen af vaccinen.«sådan er adjuvansvacciner målrettet immunsystemet Når der tilføjes adjuvanser til vacciner, genkender immunsystemet vaccinen som en mikroorganisme i stedet for det oprensede protein (antigen). Adjuvanset narrer dermed immunsystemet til at tro, at en infektion er på vej. SSIs adjuvansplatform er baseret på liposomer kunstige cellestrukturer, der tager form som en form for fedtkugle. Liposomerne dannes ud fra forskellige fedtmolekyler (lipider), der har overfladeaktive egenskaber. I adjuvanset har disse liposomer en positiv ladning, hvori immunmodulatorerne inkorporeres for tilsammen at skabe adjuvanset. Immunmodulatorerne er den aktive del, der giver immunforsvaret et boost i en bestemt retning, mens fedtkuglen er transportøren, der leverer immunmodulatorerne og antigenet det rette sted i kroppen. Resultatet er en effektiv vaccine rettet imod de dele af immunsystemet, der giver bedst beskyttelse over for antigenet. pharma december

5 fra patent til patient Af Anne Cathrine Schjøtt Den uløselige gåde: Oral insulin Nogle stoffer har forskere arbejdet med I mange år, uden at komme frem til et optimalt produkt. Bl.a. har oral insulin været i støbeskeen i snart 100 år, men nu ser det ud til, at Novo Nordisk kan knække nødden. Læs her, hvad der skiller insulingiganten ud fra tidligere. Fra patent til patient Forskning og udvikling Patentering Præklinisk udvikling Produktion Klinisk udvikling fase 1, 2, 3 og 4 Registrering Pharmacovigilance Kvalitetssikring Markedsføring Distribution og salg Klinisk farmaci Når oral insulin kommer på markedet, vil det være en gevinst for diabetikere samt en sejr for virksomheden bag produktet og de forskere, der i knap 100 år har kæmpet med det store insulinmolekyle. Insulin blev første gang isoleret i 1921, hvorefter de første publikationer om oral insulin hurtigt kom på gaden. Her knap 100 år senere mangler diabetikere dog stadigvæk muligheden for at kunne indtage deres insulin som tabletter frem for at stikke sig med en nål. Forskere verden over har forsøgt sig med mikropartikler, nanopartikler, liposomer, emulsioner og mange andre ting, men det er hidtil aldrig lykkedes. Anderledes ser det ud for Novo Nordisk, der forventer at have det første brugbare orale produkt på markedet inden for et årti, fortæller diabetesforskningsdirektør Peter Kurtzhals, Novo Nordisk.»Vores fordel er, at vi kan arbejde med ændringer i selve insulinmolekylet. Tidligere har man kun kunnet arbejde med formuleringerne. Det er ikke nok, viser historien. Tiden er modnet, og vi har teknologierne til at kunne gøre begge dele.«to gordiske knuder Der er to hovedproblemer i udviklingen af oral insulin. Insulin er et stort proteinmolekyle, og det bliver nedbrudt af mavesyren, før det bliver transporteret videre til blodbanerne.»for det første bliver insulin spaltet af enzymer i maven lige som proteiner fra maden. Det sker i løbet af nogle sekunder, hvis man tager det i tabletform, uden der er en beskyttelse i,«forklarer Peter Kurtzhals og fortsætter:»for det andet er insulin et stort molekyle. Derfor har det sammenlignet med mindre molekyler sværere ved at passere biomembraner, som f.eks. tarmvæggen.«sændringer Derfor arbejder Novo Nordisk med et par forskellige formuleringsprincipper. Dels ændres molekylstrukturen for insulin, dels spiller produktets hjælpestoffer en afgørende rolle for at kunne skabe brugbare insulintabletter.»vi arbejder med hjælpestoffer til tabletterne. De kan have en effekt på 10 pharma december 2014

6 Mange års ideer bag oral insulin Kilde: Novo Nordisk Kombinations præparat Cubosomer Nanopartikler Mikroemulsion Liposomer Første væske uden emulgator Første orale insulin med forstærker (enhancer) Første insulin med antiproteinspaltende hjælpestof Første orale insulintablet Første orale insulin (væske) den enzymatiske aktivitet, men kan også fungere ved kortvarigt at åbne biomembranen, så et større molekyle kan slippe igennem, hvorefter membranen hurtigt lukker igen,«forklarer Peter Kurtzhals. Den tabletformulering, der er længst fremme, er udviklet i samarbejde med irske Merrion Pharmaceuticals. Firmaet har bidraget med formuleringsteknologien Gipet, der virker som absorptionsfremmende princip og faciliterer transport af insulinmolekylet til blodbanen. Teknologien baserer sig på naturligt forekommende fedtsyrer, der fx findes i kokosolie. Derudover arbejder Novo Nordisk på at lave kemiske ændringer i insulinmolekylet, så molekylet overlever den korte tid i fordøjelsessystemet.»vi forsøger at gøre molekylet mere modstandsdygtig mod en enzymatisk nedbrydning i mave-tarmkanalen. Det gør vi fx ved at lave aminosyresubstitutioner i insulinkæden,«siger han. Lignende substitutioner har Novo Nordisk lavet ved insulinanaloger. Ændring af insulinmolekylet Aminosyresubstitution sker i den primære struktur af insulinmolekylet. Forskerne identificerer først, hvor molekylet er specielt påvirkelig af den enzymatiske nedbrydning gennem pepsin i mavesækken og chymotrypsin i tarmen. Det er bl.a. disse enzymer, som Novo Nordisk har stabiliseret insulinmolekylet imod ved at ændre sekvenser i strukturen.»vi har identificeret sekvenser i insulinmolekylet, der er specielt labile over for enzymer, hvorefter vi har lavet en rationel modifikation af de positioner i molekylet,«forklarer diabetesforskningsdirektøren. Men det er langt fra lige til at lave disse substitutioner, da der skal tages højde for en masse forhold.»ud over at indtænke den enzymatiske nedbrydning skal man også huske på andre farmaceutiske karakteristika. Det nytter ikke noget at lave substitutioner, hvis det fører til en anden form for kemisk ustabilitet af insulinmolekylet, eller hvis det påvirker muligheden for opskalering af produktionen.«fra 5 min til 12 timer Når et molekyle redesignes, er det ønskværdigt at skabe et mere stabilt molekyle, som samtidigt har en lang virkningstid.»ud over at få stabilisering ind i molekylet har vi arbejdet på at indbygge en prolongering i det, så det har en længere plasmahalveringstid.«novo Nordisk vil op på en halveringstid på minimum 12 timer. Hvis det lykkes, skal diabetikere kun skal have tabletten én gang daglig. Insulin i sin klassiske form har en halveringstid på fem minutter.»fordi vi har arbejdet på dette, adskiller vores orale insulin sig fra det normale fokus på oral insulin, som oftest har været baseret på human insulin. Dels har man ikke tidligere arbejdet med kemisk modifikation af molekylet med henblik på stabilisering, dels har man ikke arbejdet på kemisk modifikation med henblik på langtidsvirkning,«slutter Peter Kurtzhals. Novo Nordisk har tidligere annonceret, at de forventer at starte fase 2-forsøg med den orale tablet ved navn NN1953 i Dermed vil Novo Nordisks orale insulin kunne være på markedet omtrent ved 100-års-jubilæet for opdagelsen af insulin, hvis alt går efter planen. Hjælpestoffer øger insulinoptaget Insulintablet Lever Kredsløbssystemet transporterer insulin til leveren via portåren Spiserør Mavesæk Bugspytkirtlen Insulinen er formuleret med et hjælpestof, der har en effekt på den enzymatiske aktivitet i maven, samtidig med at den kortvarigt åbner biomembranen Tolvfingertarmen Tyktarmen Insulin Hjælpestof pharma december