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Rekombinante Wirkstoffe
Prof. Dr. Theo DingermannInstitut für Pharmazeutische Biologie
Goethe-Universität [email protected]
Dienstag, 11. Mai 2010
„Praktische“ Definitionen
GentechnikUnmittelbare neukombination von DNA am isolierten Molekül bzw. Molekülgemischen (Isolierte DNA ⇒ Rekombination ⇒ Reintegration in eine Zelle): In-vitro-Technologie
Dienstag, 11. Mai 2010
„Praktische“ Definitionen
GentechnikUnmittelbare neukombination von DNA am isolierten Molekül bzw. Molekülgemischen (Isolierte DNA ⇒ Rekombination ⇒ Reintegration in eine Zelle): In-vitro-Technologie
BiotechnikZellbiologische Verfahren unter Ausnutzung der vorhandenen biologischen Informations- (DNA) und Syntheseausstattung (Enzyme) der Zellen ohne Isolierung des Genoms und anschließender Manipulation am isolierten Genom: In-vivo-Technologie
Dienstag, 11. Mai 2010
„Praktische“ Definitionen
GentechnikUnmittelbare neukombination von DNA am isolierten Molekül bzw. Molekülgemischen (Isolierte DNA ⇒ Rekombination ⇒ Reintegration in eine Zelle): In-vitro-Technologie
BiotechnikZellbiologische Verfahren unter Ausnutzung der vorhandenen biologischen Informations- (DNA) und Syntheseausstattung (Enzyme) der Zellen ohne Isolierung des Genoms und anschließender Manipulation am isolierten Genom: In-vivo-Technologie
BiochemieIsolierung, Aufreinigung und Modifikation von Biomolekülen, wobei die Modifikation der Biomoleküle meistens mit Hilfe von Enzymen bewerkstelligt wird: In-vitro-Technologie
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen isoliertes Zielgen
GENTECHNIK
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen
neukombiniertes Zielgen
isoliertes Zielgen
GENTECHNIK
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen
neukombiniertes Zielgen
GVO
isoliertes Zielgen
GENTECHNIK
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen
neukombiniertes Zielgen
GVOKultivierung des GVO
isoliertes Zielgen
GENTECHNIK
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen
neukombiniertes Zielgen
GVORekombinantes Protein
BIOTECHNIK
Kultivierung des GVO
isoliertes Zielgen
GENTECHNIK
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen
neukombiniertes Zielgen
GVORekombinantes Protein
BIOTECHNIK
Isoliertes rekombinantes
Protein
Kultivierung des GVO
isoliertes Zielgen
GENTECHNIK
Dienstag, 11. Mai 2010
natürliches Ausgangsprotei
n
Herstellung rekombinanter Proteine
Zielgen
neukombiniertes Zielgen
GVORekombinantes Protein
BIOTECHNIK
Eventuellmodifiziertes
Protein
BIOCHEMIE
Isoliertes rekombinantes
Protein
Kultivierung des GVO
isoliertes Zielgen
GENTECHNIK
Dienstag, 11. Mai 2010
Genetische Informations-einheit = universellverständlich in allen
biologischen Organismen
”Target"-Organismus
”Quell"-Organismus
Rekombinante Proteine
Dienstag, 11. Mai 2010
Mechanismen der Transkription/Translation
Dienstag, 11. Mai 2010
Genetische Informations-einheit = universellverständlich in allen
biologischen Organismen
Kontrolleinheiten =extrem spezifisch
”Target"-Organismus
”Quell"-Organismus
Rekombinante Proteine
Promotor 1TF 1 POL
Dienstag, 11. Mai 2010
"genetic engineering"
Ziel-organis-
mus
Quell-organis-
mus
Kontrollregionen Informationseinheit
(Expressions-)Vektor
Selektionscassette
TransgenerOrganismus
(GVO) Extraktion undReinigung
Produktion rekombinanter Protein
Dienstag, 11. Mai 2010
Proteine
Dienstag, 11. Mai 2010
einfach,nicht glykosyliert
Proteine
Dienstag, 11. Mai 2010
komplex,glykosyliert
einfach,nicht glykosyliert
Proteine
Dienstag, 11. Mai 2010
E. coli oder Hefe
komplex,glykosyliert
einfach,nicht glykosyliert
Proteine
Dienstag, 11. Mai 2010
E. coli oder Hefe
CHO-Zellen oder BHK-ZellenPflanzenzellen oder humane/Maus-Zellen
komplex,glykosyliert
einfach,nicht glykosyliert
Proteine
Dienstag, 11. Mai 2010
E. coli
Sehr sicher, aberzu unflexibel für „komplexe“ Proteine
Robust und sicher, aber schlecht ge-eignet für Proteine mit anspruchsvollen Zuckergerüsten
S. cerevisiae
Zellen, die fast alles können und extrem häufig verwendet werden
CHO-Zellen humane Zellen
Zellen, die fast alles können, die allerdings die höchsten Anfor-derungen an die Sicherheit stellen
Pflanzenzellen
Bisher nur in der Forschung einge- setzt. Keine Erfah-rungen im Bereich Arzneimittel
Die richtige Wahl der Produktionszelle
Dienstag, 11. Mai 2010
• Bacculovirus-System• Vibrio colerae Stamm213• E. coli• S. cerevisiae• Maus (SP2/0)• Maus (NS/0)• Maus (C127)• Maus-Hybridoma• CHO• BHK• Ziege• HEK 293• Humane B-Zelllinie• Humanzelle (HAT-1080)
Wirtssysteme
Dienstag, 11. Mai 2010
Die Bestimmungen dieser Monographie gelten im Zusammenhang mit den jeweiligen einzelnen Monographien des Arzneibuches über DNA-rekombinationstechnisch hergestellte Produkte. Die Anforderungen betreffen nicht notwendigerweise Produkte, die nicht Gegenstand solcher Monographien sind.
Die Monographie gilt nicht für modifizierte lebende Organismen, die für die direkte Anwendung am Menschen und am Tier vorgesehen sind, beispielsweise als Lebendimpfstoffe.
DNA-rekombinationstechnisch hergestellte ProdukteProducta ab ADN recombinante
Dienstag, 11. Mai 2010
Definition
DNA-rekombinationstechnisch hergestellte Produkte werden durch genetische Modifikation hergestellt, bei der die kodierende DNA für das benötigte Produkt gewöhnlich mit Hilfe eines Plasmids oder viralen Vektors in einen geeigneten Mikroorganismus oder eine geeignete Zellinie eingeführt wird, in denen diese DNA exprimiert und in Protein translatiert wird. Das gewünschte Produkt wird dann durch Extraktion und Reinigung gewonnen. Die vor der Aufnahme des Vektors vorliegende Zelle oder der Mikroorganismus wird als Wirtszelle bezeichnet, die im Herstellungsprozess verwendete stabile Verbindung der beiden als Wirt-Vektor-System.
DNA-rekombinationstechnisch hergestellte ProdukteProducta ab ADN recombinante
Dienstag, 11. Mai 2010
DefinitionHerstellungKlonierung und ExpressionCharakterisierung der Wirtszelle einschließlich der Herkunft, des Phänotyps und Genotyps sowie der ZellkulturmedienDokumentation der Klonierungsstrategie für das Gen und Charakterisierung des rekombinanten VektorsCharakterisierung des Wirts-Vektor-SystemsZellbanksystemHerstellung mit begrenzter PassageKontinuierliche HerstellungValidierung der ZellbänkeKontrolle der ZellenValidierung des HerstellungsprozessesExtraktion und ReinigungCharakterisierung des Bulkproduktes
Gleichförmigkeit der ProduktionAminosäure-ZusammensetzungPartielle AminosäuresequenzanalysePeptidmustercharakterisierung Bestimmung der MolekülmasseRetention des ExpressionskonstruktsGesamtproteinChemische ReinheitVon Wirtszellen stammende ProteineAus Wirtszelle oder Vektor stammende DNAHybridisierungsanalyseSequenzunabhängige TechnikenPrüfung auf Identität, Prüfung auf Reinheit und GehaltsbestimmungLagerungBeschriftung
DNA-rekombinationstechnisch hergestellte ProdukteProducta ab ADN recombinante
Dienstag, 11. Mai 2010
Der legale Markt:• 120 zugelassene Wirkstoffe• 23 Indikationsgruppe
Rekombinante Wirkstoffe
Dienstag, 11. Mai 2010
• Angiogenesehemmer• Antiasthmatika• Antianämika• Antidiabetika (Wirkstoffe zur Aufrechterhaltung der Glucose-Homöostase)• Antiinfektiva und Atemwegstherapeutika • Antipsoriatika• Antirheumatika/Antiinflammatorika• Antithrombotika/Antikoagulanzien/Fibrinolytika• Gerinnungsfaktoren• Hämolyse-Inhibitor• Hormone bei Fertilitätsstörungen• Immunmodulatoren bei Multipler Sklerose• Immunsuppressiva zur Transplatat-Abstoßungsprophylaxe• Impfstoffe• Knochenwachstumsfaktoren• Mukoviszidose-Therapeutika• Osteoporose-Therapeutika• Sepsis-Therapeutika• Substitutionstherapeutika bei lysosomalen Speicherkrankheiten• Thrombozytenwachstumsfaktor• Tumortherapeutika• Wachstumshormone• Wundheilungstherapeutikum
Rekombinante Wirkstoffe
Dienstag, 11. Mai 2010
Auf den ersten Blick liegt es nahe:– diese Wirkstoffe entsprechen einem
natürlichen, humanen Vorbild
Rekombinante Arzneimittel
Humane, naturidentische Wirkstoffe
Rekombinante Wirkstoffe
Dienstag, 11. Mai 2010
Der zweite Blick zeigt:– eine erhebliche Zahl dieser Wirkstoffe
entspricht nicht einem natürlichen, humanen Vorbild
Auf den ersten Blick liegt es nahe:– diese Wirkstoffe entsprechen einem
natürlichen, humanen Vorbild
Rekombinante Wirkstoffe
Dienstag, 11. Mai 2010
Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen?
Dienstag, 11. Mai 2010
Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen?
Einige Modifikationen sind Konzessionen an die technische Machbarkeit – durchaus u.U. mit einem signifikanten Zusatzgewinn (Kasse-1 Biotechs)
Dienstag, 11. Mai 2010
Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen?
Einige Modifikationen sind Konzessionen an die technische Machbarkeit – durchaus u.U. mit einem signifikanten Zusatzgewinn (Kasse-1 Biotechs)
Einige Modifikationen sind in der Tat naturidentische Wirkstoffe(Kasse-2 Biotechs)
Dienstag, 11. Mai 2010
Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen?
Einige Modifikationen sind Konzessionen an die technische Machbarkeit – durchaus u.U. mit einem signifikanten Zusatzgewinn (Kasse-1 Biotechs)
Einige Modifikationen sind in der Tat naturidentische Wirkstoffe(Kasse-2 Biotechs)
Einige Modifikationen machen die Moleküle besser als die natürlichen Vorbilder, auch weil sie den signifikanten Unterschieden eines physiologischen und eines therapeutischen Delivery‘s Rechnung tragen (Kasse-3a Biotechs)
Dienstag, 11. Mai 2010
Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen?
Einige Modifikationen sind Konzessionen an die technische Machbarkeit – durchaus u.U. mit einem signifikanten Zusatzgewinn (Kasse-1 Biotechs)
Einige Modifikationen sind in der Tat naturidentische Wirkstoffe(Kasse-2 Biotechs)
Einige Modifikationen machen die Moleküle besser als die natürlichen Vorbilder, auch weil sie den signifikanten Unterschieden eines physiologischen und eines therapeutischen Delivery‘s Rechnung tragen (Kasse-3a Biotechs)
Einige Modifikationen sind ganz einfach „neu erfunden“(Kasse-3b Biotechs)
Dienstag, 11. Mai 2010
Authentisch vs. modifiziert:•40 „authentisch“•48 modifiziert•4 Maus-Antikörper•1 Ratte-Antikörper•6 chimerisierte Antikörper•12 humanisierte Antikörper•5 „humane“ Antikörper•1 humanisiertes Fab-Fragment•4 „Kunstprotein“
Rekombinante Wirkstoffe
Dienstag, 11. Mai 2010
Pharmakokinetische Eigenschaften• 3 schnell wirksam• 101 normal wirksam• 16 verzögert wirksam
Rekombinante Wirkstoffe
Dienstag, 11. Mai 2010
H H
G
I E K D KR
M
Met-Somatropin (Protropin®)
Wachstumshormon
Dienstag, 11. Mai 2010
H H
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I E K D KR
M
Klasse-1 Biotech
Met-Somatropin (Protropin®)
Wachstumshormon
Dienstag, 11. Mai 2010
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I E K D KR
Wachstumshormon
Somatropin
Dienstag, 11. Mai 2010
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I E K D KR
Wachstumshormon
Somatropin
Klasse-2 Biotech
Dienstag, 11. Mai 2010
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I E K D KR
längere Halbwertszeitmodifiziertes Wachstumshormon
Pegyliertes Somatropin
Dienstag, 11. Mai 2010
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I E K D KR
längere Halbwertszeitmodifiziertes Wachstumshormon
Pegyliertes Somatropin
Klasse-3a Biotech
Dienstag, 11. Mai 2010
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I E K D KR
D D
NARST
KS
GH-Rezeptor-AntagonistWachstumshormon
Pegvisomant (Somavert®)
Dienstag, 11. Mai 2010
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D D
NARST
KS
GH-Rezeptor-AntagonistWachstumshormon
Pegvisomant (Somavert®)
Klasse-3b Biotech
Dienstag, 11. Mai 2010