DDD – Samenvatting
Versch stappen in het DDD proces
1. Target identification & validation
2. Lead finding & optimisation
3. Profiling disease models (oa secundaire profilering)
4. Safety evaluation (oa toxicologische effecten)
5. Clinical evaluation
Drug discovery => Niet klinische development => Klinische development
Target identification
Target identification
Target = doelwit = aangrijpingspunt = een gedefinieerde biologische entiteit, waarvan de
functie een causaal verband heeft met het initiëren of onderhouden van het ziekteproces.
- Een relevante rol in de pathofysio van het humane ziekteproces moet aangetoond worden en
het begrip van het ziekteproces is cruciaal.
- Assay -> hit -> lead -> ziektemodel
VB receptoren, ionkanalen, carriers, enzymen, eiwitten, DNA, RNA & ribosomale targets,
lipiden
2 soorten targets:
- Enzyme targets => een gekend ligand of substraat zal binden op de allosterische site
van een enzyme.
- Non enzyme targets => een ligand of substraat zal binden op de ligand binding site
van een scaffolding eiwit, structureel eiwit, transcriptie factoren, chaperones of
assembly/disassembly factors. Er is ook een eiwit-eiwit interactie site, zodat een
bepaalde biologische functie kan ontstaan. Er is ook een functie modifiying site en
intrinsieke disordered regio.
- Scaffolding eiwit = een eiwit dat mee in het signaaltransductie ingebed zit en
het is een cruciale regulator van versch belangrijke signaalrouters. Ze
interageren en/of binden meer meerdere leden van een signaalroute, waardoor
ze in complexen worden vastgemaakt. Ze reguleren de signaaltransductie en
helpen bij het lokaliseren van routecomponenten, georganiseerd in complexen,
naar specifieke delen van de cel.
Strategieën voor drug discovery
- Empirische drug discovery = ontdekkingen zijn gebaseerd op observaties of ervaring
- Target-driven drug discovery = rationele drug discovery
- In preklinische (dier)modellen
- humane data, dmv epidemiologische studies of genetische studies
- Uitzondering: fenotype-derived drugs = drugs die obv een fenotype en screening/toeval op
de markt kunnen komen, zonder dat men het target kent
Assay development = een procedure/methode in de moleculaire biologie voor het testen of
meten van de activiteit van een gm of biochemische stof in een organisme of organisch staal.
- Dit is nodig nadat men ervoor heeft gekozen om een target te bestuderen
Versch voorwaarden voor een assay:
1
,- Relevante voor het target (innovatief, medische nood, verbetering van de ziekte)
- Robuustheid, evt automatisering
- Haalbaarheid (expertise, drugability = een target waarvan bekend is of voorspeld wordt dat
het met hoge affiniteit aan een gm zal binden, het gemak waarmee een lead de targetfunctie
potent en selectief kan moduleren)
- Kostprijs
Screening & hit-to lead
- Compound libraries & databanken
- Synthese & combinatoriële chemie
- In silico (via computermodellen) of virtuele screening
- Screening in een relevante in vitro of in vivo assay leidt tot de identificatie van hits.
Hits = de mate waarbij een molecule zal binden op een bepaald doelwit. Het zijn
moleculen die een bepaalde affiniteit/activiteit vertonen in high-throughput screening
assays.
- Verdere in vitro/ex vivo/ in vivo screening, maw meer complexe assays, counterscreens
voor off target effecten, leidt tot leads.
Leads = moleculen die worden ontwikkeld na bevestiging van binding en activiteit
vanuit een reeks hits die geselecteerd worden voor verdere optimalisatie. Men kan dit
molecule verder optimaliseren dmv kleine wijzigingen in de structuur aan te brengen
zodat het nog een beter effect zal uitvoeren.
- Mechanism of Action (MAO) is ook gebaseerd op in vitro/ ex vivo/ in vivo experimenten
=> De hit-to-lead ontwikkeling kent een grote uitval van verschillende hits. Dit dient ook zo
snel mogelijk te gebeuren. Er is wel een vooruitgang in het verbeteren van de
farmacokinetische eigenschappen, met betrekking op F.
Lead optimalisatie
- Medicinale chemie
- Farmacologische profilering in dierproeven voor farmacodynamische effecten (PD)
- Farmacokinetische studies in dierproeven (ADME)
- Pharmacogenetics = de individuele respons van een patient met een bepaalde genetische
achtergrond (polymorfisme) kan sterk verschillend zijn van deze van een globale populatie ->
dit vormt de basis van personalised medicine.
- Toxicologische studies: safety/veiligheid
- Farmaceutisch-chemische ontwikkeling, oa het bepalen van de toedieningsvorm
Farmacologische profilering doorheen het DDD proces
-> Gewenste, therapeutische effecten + neveneffecten (=secundaire farmacodynamiek)
- Simpele assays tot complexe modellen en dierexperimenten
- Farmacologische profilering
- In silico/in vitro/ex vivo/in vivo
- Proof of principe (POP) = de vooropgestelde hypothese toetsen en bevestigen, in de
preklinische fase
- Toepasbaarheid (vb leeftijd en gender)
- NOOIT info betreffende doeltreffendheid/effectiveness (gemeten in de globale
populatie) en doelmatigheid/efficiency (interessante kosten-baten analyse)
- WEL werkzaamheid/efficacy
- Secundaire profilering
2
,Development & klinische trials
- Fase 1) Het testen van het farmacodynamisch effect, farmacokinetiek, veiligheid en
tolerantie van de molecule in gezonde vrijwilligers (human pharmacology)
- Fase 2) Het testen in patienten, met als doel het aantonen van de werkzaamheid/efficacy van
de molecule (therapeutic exploration)
- Fase 3) Grote, dubbelblinde gerandomiseerde klinische studies (therapeutic confirmation)
- Fase 4) Postmarketing surveillance (therapeutic use). Dit zorgt voor het evt optreden van
neveneffecten in patienten, nadat het molecule op de markt is gebracht.
Proof of concept (POC)
- In klinische studies, nl tussen fase 1 en fase 2
- Kleinschalige studies, met als doel om een signaal te detecteren dat het nieuwe molecule
actief is thv een relevant pathofysio mechanisme + de eerste preliminaire evidentie voor een
klinische relevant eindpunt
Rationeel drug design
- VB RAAS systeem:
- Obv de functie van het RAAS systeem en structuur van ACE werden
antihypertensiva ontwikkeld
- Analogie met de binding van angiotensine 1 aan ACE -> ACE inhibitoren werden
ontwikkeld (VB Captopril, lisinopril en fosinopril waarbij captopril de 1e generatie is
met een korte T1/2)
In silico approaches
- Scanners: het scannen van databanken met versch moleculen
- Builders: novo ligand design adhv databanken met versch chemische fragmenten
- Hybriden: combinatie van scanners en builder algoritmen om tot de novo synthese
van een lead te komen
Extra info van de figuur:
- Molecular docking = de molecule gaat binden in de bindingspocket vb actieve site
van het enzym of op de bindingsplaats van een receptor
- Molecular dynamics = computer simulaties voor de analyse vd beweging van atomen
en moleculen
-> Optimale structuur gebaseerde farmacofoor (= dat deel vd moleculaire structuur dat
verantwoordelijk is voor de biologische of farmacologische interactie)
- Ligand based drug design = design waarbij men verder bouwt op een farmacofoor
3
, model en waarbij men dit adhv QSAR/3D QSAR zal kunnen bekijken
- Bioinformatics -> target identification & target validation
- Structural biology -> target validation & lead identification
- Chemoinformatics & systems biologie -> lead identification & lead optimization &
preclinical tests. (Systems biology = computer modellen om de veel versch complexe
biologische processen in een organisme te proberen begrijpen)
Docking en reverse docking van liganden en targets
Docking = een methode waarbij het target (vb eiwit) een high-throughput screening assay
ondergaat (virtueel of echt). Er wordt ook een chemische database losgelaten op het molecule
zodat er door dit proces een mogelijk bindend ligand wordt gevonden voor het target.
Reverse docking = een active component van een bestaande drug wordt losgelaten op een
eiwit target database. Deze bevat orphan receptoren of eiwitten waarvan de functie minder
goed/ niet gekend is. Het doel is om een target of aangrijpingspunt te vinden voor de actieve
component. Hierdoor wordt er een mogelijk binding eiwit gevonden.
Drug repurposing
= drug repositioning = een drug development stategorie die bestaande op de markt gebrachte
geneesmiddelen wil hergebruiken, valideren en registreren voor nieuwe medische indicaties.
- Van off label gebruik naar on label gebruik
- Off label gebruik = een geneesmiddel dat voor meer dan 1 indicatie kan dienen, maar
waarvoor het maar voor 1 indicatie geregistreerd is
- On label gebruik = een geneesmiddel voor meerdere indicaties registreren
Versch opties:
- Genetische associatie: genen die geassocieerd worden met een ziekte kunnen
geschikt zijn als potentiele drug targets
- Pathway mapping: netwerk analyse gebruik makende van genetische, eiwit of ziekte
data die kan helpen voor de identificatie of repurposing targets
- Retrospectieve clinic analysis: systematische analyse van EHRs, klinische trial data
en post-marketing surveillance data kan drug repurposing informeren
- Novel data sources: grote schaal in vitro drug screens met gepaarde genomische data.
EHR-gelinkte grote biobanken en zelf-gerapporteerde patienten data zijn nieuwe
wegen om drug repurposing te benutten
- Phenotypic screening: High-throughput fenotypische screening van componenten
gebruik makende van in vitro of in vivo ziektemodellen kan een indicatie zijn van
potentieel voor klinische evaluatie
- Binding assays om relevante target interacties te identificeren: technieken zoals
affiniteits chromatografie en MS kunnen gebruikt worden om een nieuwe target van
bekende drugs te identificeren
- Signature matching: het vergelijken van de signature van een drug, karakteristieken
zoals transcriptomische, structurele of het neveneffecten-profiel met dat van een
andere drug of ziekte fenotype
- Moleculaire docking: een structureel gebaseerd computationele strategie om binding
site complementariteit te voorspellen tussen een ligand en een therapeutisch target.
Target identification, obv humane studies
4
