Summary
Samenvatting Innovative Therapeutics
- Course
- Institution
Samenvatting van de colleges Innovative Therapeutics
[Show more]
Seller
Follow
xanderve17
Content preview
INNOVATIVE THERAPEUTICSCOLLEGE 1: STRUCTUUR EN STABILITEIT VAN EIWITGENEESMIDDELEN
ALGEMENE INLEIDING EIWITGENEESMIDDELEN
Conventionele geneesmiddelen zijn over het algemeen kleine moleculen, met een MW tot
ca. 900 Da. Eitwitgeneesmiddelen zijn macromoleculen met een MW van ca 1 tot >150 kDa.
De productie van deze eiwitten vindt plaats in biologische systemen. Er zijn gepatenteerde
geneesmiddelen en biosimilars, welke lichtelijk verschillen van de gepatenteerde.
De apotheker moet kennis hebben van (bio-
)technologische aspecten van nieuwe geneesmiddelen
die relevant zijn voor de zorgketen. Hij bewaakt de
effectiviteit, veiligheid en interacties.
Eiwitgeneesmiddelen zijn sterk werkend.
Therapeutische mogelijkheden
De meeste targets voor geneesmiddelen zijn eiwitten.
Interactie met eiwitten kan het ziekteproces
onderdrukken, maar het eiwit dat bijdraagt aan het
ziekteproces kan ook vervangen worden.
Biologicals
Dit is een brede groep, waarin peptiden en eiwitten, vaccins en ATMPs bevatten. Onder
deze groepen vallen
1. Enzymen, hormonen, cytokines, monoclonale antilichamen, groeifactoren
2. Verzwakte levende organismen, geïnactiveerde organismen, subunit- en mRNA-
vaccins
3. Gene therapy medicinal products, tissue engineered products
Ongeveer 25% van de nieuwe geneesmiddelregistraties zijn eiwitgeneesmiddelen. Ze
worden voornamelijk gebruikt in de oncologie, maar ook in andere vakgebieden komen ze
steeds meer naar voren.
Karakteristieken
Eiwitgeneesmiddelen zin opgebouwd uit aminozuren, met daarbij eventuele post-
translationele modificaties of chemische modificaties. Ze worden verkregen uit micro-
organismen, dierlijke of human bronnen. De karakterisering is complex, omdat er meerdere
fysisch-chemische testen nodig zijn.
STRUCTUUR VAN EIWITTEN
De combinatie van aminozuren resulteert in de primaire, secundaire, tertiaire en
quaternaire structuur. Eigenschappen van therapeutische eiwitten hangen nauw samen met
hun 3D-structuur. Om deze reden moet de structuur juist zijn en behouden blijven
gedurende het gehele productieproces.
1. Primaire structuur: aminozuurvolgorde wordt bepaald door unieke genetische
code. Er zijn twintig natuurlijk voorkomende aminozuren. Ze worden covalent
gebonden door een amidebinding, welke de vouwing bepalen. De zijketens geven
polypeptiden met verschillende eigenschappen, zoals lading, polariteit en pKa.
Pagina | 1
, 2. Secundaire structuur: dit is de plaatselijke vouwing (coiling). De amide (NH) is de
waterstofdonor en de carbonyl (C=O) is de waterstofacceptor. De vorming van
waterstofbruggen tussen deze groepen leidt tot een stabiele configuratie. De
hydrofobe regio’s steken naar binnen en de hydrofiele regio’s steken naar buiten.
Typische secundaire structuren zijn de alpha-helices and bèta-sheets.
3. Tertiaire structuur: dit is de ruimtelijke rangschikking van secundaire structuren. Dit
geeft een 3D-structuur. Grotere eiwitten zijn vaak gevouwen in verschillende
structuurdomeinen. De ruimtelijke rangschikking van de secundaire structuren is
belangrijk voor de functie en werking van het eiwit.
4. Quaternaire structuur: dit is de assemblage van een stoichiometrisch vast aantal
tertiaire moleculen. Dit zijn niet-covalente interacties, welke gestabiliseerd zijn door
zwavelbruggen.
De covalente bindingen bij eiwitten zijn amidebindingen en disulfidebruggen. Niet-
covalente interacties zijn hydrofobe interacties, waterstofbruggen, elektrostatische
interacties en Van de Waals interacties.
- Niet-polaire groepen binnenin een eiwit hebben een interactie bij hydrofobe
interacties
- Waterstofbruggen zijn een ionische binding tussen H (elektropositief) en O of N
(elektronegatief). Dit is een intra moleculaire interactie.
- Elektrostatische interacties worden veroorzaakt door ladingen binnenin het eiwit.
Tegenovergestelde ladingen trekken elkaar aan en gelijke ladingen stoten elkaar af.
- Van der Waals interacties worden veroorzaakt tussen dipolen.
Water is gebonden aan eiwitten. Aan de buitenkant is het ‘los’ en aan de binnenkant zit het
water vast en is het sterker gebonden. Watermoleculen spelen een belangrijke rol bij
stabiliteit en functie.
Post-translationele modificaties
Dit zijn modificaties die
plaatsvinden in het
endoplasmatisch reticulum en
Golgiapparaat. Deze kunnen heel
belangrijk zijn voor de werking en
veiligheid van de eiwitten.
Glycosylering kan erg belangrijk zijn voor vouwing, stabiliteit en voor biologische
eigenschappen. Glycosylering is de koppeling van suikers aan het eiwit.
De eiwitvouwing is essentieel voor de werking en geeft afname van entropie en zorgt voor
stabilisering. Onder fysiologische omstandigheden hebben water, ionen, andere opgeloste
stoffen grote invloed op stabiliteit en functionele structuur. Bij isolatie is er vaak verlies van
de beschermde omgeving. De toevoeging van hulpstoffen zoals suikers, zouten, polyolen
zorgt voor extra stabiliteit.
STABILITEIT VAN EIWITTEN
Wanneer eiwitten niet goed onderhouden worden kan dat resulteren in ontvouwing, ofwel
denaturatie. De hydrofobe regio’s komen dan bloot te liggen en er ontstaat interactie met
oppervlaktes. Aggregatie is het samenklonteren van eiwitten en peptiden. Dit zorgt voor
verlies van biologische activiteit. Dit kan veroorzaakt worden door veranderingen in
Pagina | 2
,temperatuur, schuifspanning (roeren, schudden, peristaltische pompen), pH en
chemische degradatie. Er kan op meer dan één plaats chemische verandering optreden.
Factoren die reactiviteit beïnvloeden zijn de type van het aminozuur, plaats in de volgorde
en plaats in tertiaire structuur. De meest voorkomende reacties zijn oxidatie, uitwisseling
disulfidebrug, hydrolyse, deaminering en racemisatie (veranderen van stereo-isomeren)
van aminozuren.
Verbetering van de stabiliteit kan via genetische manipulatie, vervangen van reactief
aminozuur door minder reactieve variant en verbetering van intramoleculaire interacties
door substitutie.
Insuline moet bewaard worden tussen 2-8 graden Celsius. De houdbaarheid is dan
minstens 1 jaar. Echter, zodra insuline wordt bewaard op kamertemperatuur daalt de
houdbaarheid naar 4 weken. Zowel verhoging als verlaging van temperatuur beïnvloeden
de houdbaarheid en activiteit van insuline.
De koude keten is het garanderen van gecontroleerde gekoelde omstandigheden vanaf
productie tot aan tijdstip toediening. De temperatuur moet zo constant mogelijk worden
gehouden. Hierbij is ook de voorlichting aan de patiënt belangrijk.
KARAKTERSIERING VAN EIWITTEN
Analyses voor structuur, functie en
zuiverheid zijn nodig gedurende het
gehele ontwikkelproces. Door de
complexiteit van eiwitten zijn
combinaties van technieken nodig.
Technieken die gebruikt kunnen worden
zijn scheidingstechnieken
(chromatografie, elektroforese),
massaspectrometrie, spectroscopie en
bioassays.
- Chromatografie scheidt
componenten op basis van
polariteit, lading, grootte en
kookpunt. Dit zorgt voor een soort fingerprint van het geneesmiddel.
- Elektroforese scheidt eiwitten in elektrisch veld, gebaseerd op lading-massa
verhouding. De lading van het eiwit hangt samen met zure en basische aminozuren,
waardoor het isoëlektrisch punt (pI) kan worden bepaald. Voorbeelden zijn SDS-
PAGE en capillaire elektroforese.
- Massaspectrometrie is de krachtigste methode. Hiermee kan de MW met grote
precisie bepaald worden. Er worden ionen gegenereerd door ionisatietechnieken
en een detector meet het geladen deeltje. Kleine verschillen van ongeveer 1 Da zijn
zichtbaar, waardoor in precisie post-translationele modificaties kunnen worden
bepaald. Het wordt vaak gebruikt in combinatie met LC.
- Spectroscopie is vooral voor higher order protein structure. Het geeft informatie
over secundaire en tertiaire structuren. Een eiwit is chiraal. Voorbeelden zijn FTIR,
NMR, Fluorescentie.
Pagina | 3
, - Bioassays worden gebruikt voor kwantificering van kleine hoeveelheden eiwitten.
Voorbeelden zijn ELISA en SPR bindingassays. Celsystemen worden gebruikt om
de in vitro biologische response te observeren.
COLLEGE 2: PRODUCTIE
DRIE GENERATIES EIWITGENEESMIDDELEN
Het oudste type zijn eiwitten die werden geëxtraheerd uit levende organismen.
Voorbeelden zijn insuline uit varken en runderen, groeihormonen uit menselijke kadavers
en vaccins geproduceerd in eieren. De extractie en zuivering is lastig, waardoor de
opbrengsten vrij laag waren.
De eerste generatie zijn vooral
kopieën van endogene eiwitten
of antilichamen. Deze worden
geproduceerd door middel van
recombinant-DNA-technologie.
Een humaan gen wordt
getransfecteerd in een geschikt
expressiesysteem. Eerste product
op de markt was insuline.
De tweede generatie zijn
engineered products, die kleine veranderingen in genoom en eindproduct zijn
ondergaan. Dit resulteert in een verhoging van stabiliteit van het product en verbetering
van biologische activiteit. Hieronder vallen de monoclonale antilichamen (mABs) en
recombinant hormonen. De regelgeving van deze medicatie is streng. Voorafgaand aan
de expressie kan de nucleotidevolgorde van het gen veranderd worden zodat deze codeert
voor een ander eiwit. Hierdoor kunnen PK/PD eigenschappen worden gemodificeerd of de
immunogeniciteit worden gereduceerd. Post-translationeel kan pegylering uitgevoerd
worden, waar polyethyleenglycol aan eiwitten worden gekoppeld.
De derde generatie is wellicht de toekomst. Deze eiwitten zijn op de tekentafel ontworpen
en geconstrueerd.
PRODUCTIESYSTEMEN
Het doel is om gekweekte genetisch
gemodificeerde gastheercellen te produceren
op grote schaal. Deze cellen bevatten gen om te
coderen voor een eiwit. Bacteriecellen groeien
snel en het is belangrijk om op het juiste tijdstip
dit te stoppen. De keuze van het
gastheerorganisme hangt van technologische
en economische factoren af. Upstream
processing bevat stappen die betrokken zijn bij
voorbereidingen en groei van bacteriën of cellijnen en downstream processing focust
meer op de extractie, zuivering en filtratie van het product.
Small-molecule drugs hebben een relatief simpele precieze synthese in het laboratorium.
De structuur en zuiverheid kunnen exact worden bepaald. Voor eiwitgeneesmiddelen is de
productie gecompliceerder. Relatief kleine veranderingen in temperatuur, elektrolyten, pH,
etc. tijdens het productieproces kunnen de structuur en zuiverheid van het eindproduct
Pagina | 4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller xanderve17. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $6.45. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
52510 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now