Die Zukunft gestalten – Trends und Perspektiven

Innsbruck stark in Molekularwissenschaften

Der Geschäftsführende Rektor der Universität Innsbruck Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Tilmann Märk betonte in seinen Grußworten an das Plenum die hohe Reputation der Innsbrucker Hochschule mit ihren 15 Fakultäten. Erst kürzlich wurden dort drei große Forschungsbereiche eingerichtet, einer davon zu den Molekularwissenschaften, die Märk als wichtiges Standbein der Universität bezeichnete.

Innovations-Lücke in der Pharmaindustrie

DPhG-Präsident Prof. Dr. Manfred Schubert-Zsilavecz, Universität Frankfurt, ging in seiner Begrüßung auf die sich wandelnde Forschungslandschaft in der pharmazeutischen Industrie ein. Trotz ständig steigender F&E-Investitionen sind die Zulassungen neuer Wirkstoffe in den letzten zehn Jahren ständig zurückgegangen. Als Hauptgründe für diese Entwicklung werden vor allem die gestiegenen regulatorischen Anforderungen und die immer höheren Ausgaben für klinische Prüfungen angeführt. Anfängliche Versuche der Pharmaunternehmen, die Innovationslücke durch größere Forschungsbudgets und eine Reorganisation der Entwicklungsprozesse sowie durch die Bündelung von Ressourcen über Firmenzusammenschlüsse und Aufkäufe haben nach Schubert-Zsilavecz‘ Einschätzung offenbar nicht ganz den gewünschten Erfolg gebracht.

Leistungsschau und Networking-Plattform

Daher fokussiert sich die Industrie zur Deckung des Bedarfs an Innovationen nun seit geraumer Zeit auf strategische Kooperationen mit Universitäten und Pharmazeutischen Instituten. Hierfür sind nach Einschätzung des DPhG-Präsidenten allerdings neue Kooperationsmodelle erforderlich, mit denen die Ergebnisse der exzellentenuniversitären Grundlagenforschung für die Entwicklung innovativer Arzneimittel in Europa nutzbar gemacht werden können.

Die Jahrestagung der beiden pharmazeutischen Fachgesellschaften ist für ihn vor diesem Hintergrund nicht nur eine Leistungsschau der österreichischen und der deutschen pharmazeutischen Forschung. Sie soll darüber hinaus als wichtige Plattform für die Pflege und den Ausbau von Netzwerken zwischen den Forschenden an den Universitäten und in der Industrie dienen, und zwar nicht nur national, sondern auch länderübergreifend.

hb

Österreich

Versandhandelsverbot soll Arzneimittelfälschungen fernhalten

Vor drei Jahren wurde innerhalb der Deutschen Pharmazeutischen Gesellschaft eine neue Arbeitsgemeinschaft zum Thema Arzneimittelsicherheit/Arzneimittelfälschungen gegründet. Sie wird geleitet von Frau Prof. Dr. Ulrike Holzgrabe, Universität Würzburg. Bei der diesjährigen DPhG-Jahrestagung wurde das Thema in einer Podiumsdiskussion aufgegriffen. Eine wichtige Erkenntnis für die deutschen Teilnehmer: Das Hauptinstrument der Österreicher gegen das Risiko von Fälschungen ist ein klares "Nein" zum Versandhandel.

Der Handel mit Arzneimittelfälschungen ist heute lukrativer als der Drogenhandel, so umriss die Moderatorin der Podiumsdiskussion Dr. Hildegard Kaulen, Frankfurt, das Problem. Weltweit sind ca. 10% aller Arzneimittel gefälscht, in einigen Regionen bis zu 30%. Obwohl Europa mit rund 1% Fälschungen noch recht gut dasteht, hat die Europäische Kommission mit der kürzlich in Kraft getretenen Richtlinie gegen Arzneimittelfälschungen frühzeitig Vorkehrungen getroffen, um eine weitere Ausbreitung in der Union zu verhindern. Ziele sind eine noch engmaschigere Überwachung der gesamten Vertriebskette und die bessere Identifizierbarkeit von Fälschungen durch die Anbringung einer fälschungssicheren Kennzeichnung auf den Packungen.

Was wird gefälscht?

Laut Schubert-Zsilavecz sind es vor allem Lifestyle-Arzneimittel, die von Fälschungen betroffen sind, in letzter Zeit aber auch zunehmend andere Gruppen. Nach Holzgrabes Erfahrungen werden in Afrika vorwiegend Antibiotika und Antimalariamittel gefälscht, was dort schwere Risiken der lebensnotwendigen Therapie zur Folge hat. Bezüglich der Frage, ob neben teuren Originalarzneimitteln auch Generika zu den "Zielgruppen" der Fälscher gehören, gehen die Meinungen auseinander.

Fälschungen äußerlich nicht erkennbar

Offizinapothekerin Anke Ritter glaubt, dass der deutsche Arzneimittelmarkt durch die Vertriebskette sehr gut vor Fälschungen geschützt ist. Trotzdem hat es auch in der legalen Kette bereits vereinzelt Fälle von Fälschungen gegeben. Dass diese bei den routinemäßigen Stichproben-Prüfungen in der Apotheke zu ermitteln sein könnten, glaubt Ritter weniger, denn die meisten Fälschungen sind heute so perfekt gemacht, dass sie ohne größeren analytischen Aufwand kaum zu identifizieren sein dürften.

Praktikable Schnelltests fehlen noch

Inwieweit entsprechende Methoden prinzipiell zur Verfügung stehen, legten die Hochschulwissenschaftler Griesser, Stuppner und Schubert-Zsilavecz dar. Zur Identifizierung von Arzneimittel-Fälschungen wurden bereits sowohl nicht-invasive als auch invasive analytische Methoden entwickelt. Bei den biologischen Arzneimitteln dürfte der Aufwand nach Einschätzung von Schubert-Zsilavecz um einiges größer sein als bei chemisch klar definierten Wirkstoffen. Woran es jedoch noch fehlt, sind in der Breite leicht anwendbare, praktikable Schnelltests, die sich laut Griesser vor allem die Zollbehörden wünschen.

Österreich sagt nein zum Versandhandel

Das Internet wird gemeinhin als Haupt-Einfallstor für Fälschungen angesehen. In Deutschland ist der Versandhandel mit Arzneimittel eingeschränkt erlaubt, hat aber mit 3% bzw. 8% im OTC-Bereich bislang keine so große Bedeutung erlangt. Demgegenüber sind Online-Apotheken in Österreich verboten, wozu laut Aussage von Christian Maté, dem Geschäftsführer des unabhängigen österreichischen Gesundheitsportals NetDoktor.at auch ein breiter fachlicher und gesellschaftlicher Konsens besteht. Die Österreicher begründen ihre strikte Ablehnung damit, dass die Verbraucher in der großen Palette an Online-Apotheken meist nicht dazu in der Lage sind, die schwarzen Schafe unter den Anbietern auszumachen. Maté führte in diesem Zusammenhang außerdem eine Untersuchung in Österreich an, nach der hier auch mit Prüfsiegeln und Zertifikaten wohl kaum Abhilfe zu schaffen ist, weil solche Siegel werden von den Nutzern einer Webseite nicht wahrgenommen werden.

Freierer Umgang mit "Tabu-Produkten"

Zu den Hauptgründen für die Arzneimittel-Bestellung im Internet zählen der Preis oder auch der Versuch, die Rezeptpflicht zu umgehen. Viele Kunden suchen beim einfachen Online-Klick allerdings auch die Anonymität, wenn es um "Tabu-Produkte" wie etwas Aphrodisiaka geht.

Ob eine abgetrennte Beratungsecke in der Apotheke ausreicht, um dieses Problem aktiv anzugehen, hält Schubert-Zsilavecz für fraglich. Er regt vielmehr an, sich grundsätzlich in einem freieren Umgang mit sogenannten Tabu-Themen in der Kundenberatung zu üben.

Verbraucher noch konsequenter wachrütteln

Im Hinblick auf die Kosten, die auf die Beteiligten, das heißt die Pharmaindustrie und auch die Apotheken, durch die Umsetzung der europäischen Fälschungsrichtlinie zukommen werden, wurden bei der Diskussion auch Zweifel an der Verhältnismäßigkeit der Maßnahmen laut. Der Präsident der Tiroler Apothekerkammer Hochstöger sähe die Investitionen lieber in einer intensiveren Aufklärung der Patienten über die Risiken des Arzneimittelkaufs im Internet angesiedelt. Um die Öffentlichkeit wirklich wachzurütteln, bedürfe es wohl aber eines größeren Schadensfalls durch ein gefälschtes Arzneimittel, so mutmaßt Ritter. In der Regel würden auftretende Probleme von den Verbrauchern bislang sicher weitgehend totgeschwiegen.

hb

Drug Design

Faktoren der Bindungsaffinität von Arzneistoffen

Ein Wirkstoff muss, um als Arzneimittel seine Wirkung zu entfalten, im Körper an ein bestimmtes Zielmolekül, beispielsweise ein Protein, binden. Prof. Dr. Gerhard Klebe vom Institut für Pharmazeutische Chemie der Universität Marburg, der auf diesem Gebiet mit Unterstützung durch den prestigeträchtigen "ERC Advanced Investigator Grant" des Europäischen Forschungsrats forscht, stellte dar, auf welchen Faktoren die Bindungsaffinität zu einer Leitstruktur beruht und wie sie möglicherweise optimiert werden kann.

Eine wichtige Zielgröße für die quantitative Beschreibung der Affinität von Protein und Ligand ist die Bindungskonstante (K_i), die unter der Voraussetzung von Gleichgewichtsbedingungen angibt, welcher Anteil des Liganden an das Protein gebunden ist. Sie stellt eine freie Bindungsenthalpie (ΔG) dar.

Bindungsaffinität und Energiebeitrag

Maßgeblich zur Beschreibung der Bindungsaffinität ist der Energiebeitrag, der bei einer Protein-Ligand-Wechselwirkung frei wird und der mit der freien Bindungsenthalpie beschrieben wird. Sie setzt sich aus einem enthalpischen und einem entropischen Anteil zusammen, weshalb je nach Beitrag der beiden Terme zur Bindungsenthalpie zwischen enthalpie- oder entropiegetriebener Bindung unterschieden wird. Hinsichtlich der Bindungsaffinität stellen sich diesbezüglich verschiedene Fragen, wie etwa, ob ein enthalpischer oder ein entropischer Beitrag bevorzugt werden sollte, ob man hierauf überhaupt Einfluss nehmen kann, ob bei der Optimierung eines Liganden hinsichtlich der Bindungsstelle beide berücksichtigt werden können oder ob Enthalpie und Entropie unabhängig voneinander optimiert werden können oder sollten. Welcher Bindungstyp im Einzelfall der idealere ist, könnte laut Klebe auch vom Zielprotein abhängen. So verlangen die häufig mutierenden viralen Proteine andere Eigenschaften als z. B. Proteine aus der Blutgerinnungskaskade, die im Bedarfsfall hochreaktiv schnell freigesetzt werden und dann gehemmt werden sollen.

Optimierung einer Leitstruktur

Zum Verständnis der treibenden Kraft eines Bindungsprozesses und zur Vorhersage von Bindungsaffinitäten wäre es jedenfalls wichtig, die enthalpischen und entropischen Komponenten zu kennen und ihre Veränderung bei der Optimierung einer Leitstruktur zu gezielt zu verfolgen. Da sich enthalpische und entropische Bindungsbeiträge bei Strukturmodifikationen mikrokalorimetrisch bestimmen lassen, sollte es zusammen mit Kristallstrukturbestimmungen theoretisch möglich sein, Leitstrukturen gezielt so zu verändern, dass ihre Affinität zum Rezeptorprotein aufgrund der erforderlichen thermodynamischen Eigenschaften ansteigt.

Komplementarität allein reicht nicht

Gemeinhin wird rein strukturell argumentiert, dass ein Ligand hinsichtlich der Form und der Befähigung zur Interaktion eine optimale Komplementarität mit der Bindungsstelle seines Zielproteins aufweisen sollte. Die Komplementaritäts-Hypothese, die heute immer noch benutzt wird, um das Phänomen der Protein-Liganden-Bindung zu erklären, greift jedoch nach Klebes Meinung zu kurz. So verbleibt häufig eine Rest-Mobilität von Protein und Ligand an der Bindungsstelle, und Wassermoleküle, die sich an der Bindung beteiligen, bleiben unberücksichtigt, obwohl sie alle zusammen die Bindungsaffinitäten bestimmen.

Anhand von Beispielen machte Klebe deutlich, dass zwei Liganden, die mal mehr, mal weniger perfekt in eine Bindungsstelle passen, durchaus gleich wirksam sein können. Ein Mangel an Komplementarität muss daher nicht unbedingt mit einen Verlust an Affinität einhergehen. Andererseits können selbst kleine Unterschiede um mehrere Größenordnungen abweichende Affinitäten bedingen.

Weitere Faktoren in vivo

Die Bindungskonstante ist eine thermodynamische Gleichgewichtskonstante. Allerdings gilt die Formulierung des zugrunde liegenden Massenwirkungsgesetzes nur unter der Annahme, dass die Gleichgewichtsthermodynamik überhaupt auf Protein-Ligand-Komplexe anzuwenden ist. Aufgrund zusätzlicher Effekte wie Fließgleichgewichte und Konzentrationsgradienten sind die Bedingungen der Gleichgewichtsthermodynamik im Gegensatz zu standardisierten In-vitro-Bedingungen bei offenen biologischen Systemen (in vivo) jedoch praktisch nicht gegeben.

Einfluss der Kinetik auf die Bindungsaktivität

Dadurch ergibt sich, dass die Bindungsaktivität auch durch die Kinetik beeinflusst, die bestimmt, wie schnell oder wie langsam ein Ligand an ein Protein bindet, wie lange er an der Bindungsstelle verbleibt und wie schnell oder langsam er wieder von dem Protein freigesetzt wird. Aus klinischen Anwendungen wurden dramatische Unterschiede der Wirkeffizienz von Arzneistoffmolekülen mit verschiedener Interaktionskinetik berichtet.

Hinsichtlich der Verweildauer (rt) am Rezeptor werden sicherlich sehr unterschiedliche Werte für eine optimale Arzneimittelwirkung erforderlich sein, doch erscheint es heute noch sehr schwierig anzugeben, welche Bindungskinetik für welchen Typ Protein ein Optimum darstellt.

Als ein Beispiel führte Klebe den Vergleich der AT₁ -Rezeptor-Antagonisten Losartan und Candesartan an. Es gibt klinische Hinweise, dass Candesartan deutlich überlegen ist, denn seine rt_1/2 ist mit 150 Minuten 30-mal so lang wie die von Losartan (5 min). Andererseits können, wie am Beispiel des COX-2-Inhibitors Celecoxib gezeigt werden konnte, schnelle off-Raten auch Mechanismus-basierte Nebenwirkungen vermindern. Was jedoch die Interaktionskinetik auf der strukturellen Ebene beeinflusst und wie diese im Sinne einer Optimierung der Affinität und Effizienz bei der Arzneistoffentwicklung berücksichtigt werden können, ist derzeit noch weitgehend unbekannt.

Insgesamt ist für das thermodynamische und vermutlich auch bindungskinetische Profil einer Ligandenbindung eine Vielzahl von Aspekten verantwortlich. Vor allem, so meint Klebe, sollten während der Optimierung von Leitstrukturen und deren Bindungscharakteristika erheblich mehr Daten zur Wechselbeziehung von Struktur und Thermodynamik bzw. Struktur und Interaktionskinetik erhoben werden.

Entsprechende Konzepte für die Liganden-Optimierung innerhalb eines Arzneimittelentwicklungsprogramms stecken derzeit noch in den Kinderschuhen.

hb

Drug Targeting

GABA_A-Rezeptor-Subtypen als Zielstrukturen

GABA_A-Rezeptoren sind die wichtigsten Rezeptoren inhibitorischer Transmitter im Zentralnervensystem und bilden als solche den Angriffspunkt für viele bedeutsame Pharmaka wie Benzodiazepine und Barbiturate. Prof. Dr. Werner Sieghart vom Zentrum für Hirnforschung an der Medizinischen Universität Wien hat mit seiner Forschergruppe einen Benzodiazepin-ähnlichen Wirkstofftyp gefunden, der an einer neu entdeckten Bindungsstelle der Rezeptoren, dem α+β-interface, angreift und hierdurch spezielle therapeutische Vorteile bieten könnte.

GABA_A-Rezeptoren bestehen aus fünf Untereinheiten, die acht verschiedenen Klassen angehören können und die einen zentralen Chlorid-Ionen-Kanal bilden.

Hieraus ergeben sich zahlreiche verschiedenartige Rezeptorsubtypen mit einer klaren zellulären Verteilung. Mit mindestens fünfzehn Bindungstaschen ist die Pharmakologie der GABA_A -Rezeptoren außerordentlich komplex (siehe Tab.).

Die meisten derzeit verfügbaren GABAergen Arzneistoffe können nicht zwischen den verschiedenen Rezeptorsubtypen unterscheiden. Lediglich einige wenige, wie etwa Bretazenil oder Zolpidem greifen selektiv an bestimmten Subtypen an. Obwohl die meisten Subtypen demnach bislang nicht selektiv adressiert werden, haben Studien an Mäusen mit einer Punktmutation in einer Untereinheit des GABA_A -Rezeptors aber bereits gezeigt, dass die einzelnen Rezeptor-Subtypen durchaus spezifische Arzneimittelwirkungen vermitteln können.

Sieghart berichtete von Studien, über die jüngst Liganden für eine neue Wirkstoff-Bindungsstelle an GABA_A -Rezeptoren gefunden wurden, das α+β-interface (Nahtstelle zwischen der plus-Seite der α-Bindungsstelle und der minus-Seite der β-Bindungsstelle).

Nach einem Screening von mehr als 100 verschiedenen Liganden der Benzodiazepin-Bindungsstelle wurde ein anxiolytisches Pyrazolochinolin (CGS 9895) herausgefiltert. Tests mit der Leitsubstanz haben gezeigt, dass diese die Rezeptoren nicht direkt aktiviert, sondern nur deren GABAerge Aktivität verstärkt und daher eine vergleichsweise geringe Toxizität besitzt. Der Effekt ist zwar ähnlich demjenigen der Benzodiazepine, jedoch sind die Zielrezeptoren andere als diejenigen, an denen die Benzodiazepine angreifen (α+γ-interface). Das Wirkspektrum scheint außerdem breiter zu sein.

Subtypen-selektive Wirkstoffe, die an dieser neuen Bindungsstelle der GABA_A -Rezeptoren angreifen, könnten vor allem ein substanzielles Potenzial in der antikonvulsiven Therapie haben, da für sie, anderes als bei den Benzodiazepinen keine Toleranzentwicklung zu erwarten ist. Sieghart hält es darüber hinaus für möglich, für diese Bindungsstelle Rezeptorsubtyp-selektive Substanzen mit sehr spezifischen Wirkungen für andere Krankheitsbilder zu entwickeln. Entsprechende Untersuchungen zur Struktur-Wirkungs-Beziehung werden bereits in großem Umfang durchgeführt.

hb

Industrie

Pharmaforschung vor großen Herausforderungen

Prof. Dr. Andreas Busch ist in Berlin als Leiter der globalen Wirkstoffforschung der Bayer HealthCare Pharmaceuticals tätig. In seinem Plenarvortrag gab er einen Überblick über die gegenwärtigen Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Pharmaka und fokussierte darauf, wie sich das Unternehmen diesen neuen Anforderungen stellt.

Im Bereich der Gesundheitsfürsorge vollziehen sich derzeit große Veränderungen, die sich zu drei Haupttrends zusammenfassen lassen:

• - Die Bevölkerung wird immer älter.

• - Die Entwicklungskosten für neue Medikamente steigen.

• - Die regulatorischen Anforderungen nehmen zu.

Forschende Pharmaunternehmen wie die Bayer HealthCare AG müssen daher Strategien entwickeln, um diese neuen Herausforderungen zu meistern.

Aus der demografischen Entwicklung zieht die pharmazeutische Industrie die Konsequenz, sich auf Indikationsgebiete zu konzentrieren, die in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen werden. Bei Bayer HealthCare konzentriert sich die Wirkstoffforschung daher auf die Bereiche Kardiologie /Hämatologie, Frauengesundheit (insbesondere die Indikation Endometriose), bildgebende diagnostische Verfahren und Onkologie. Busch betonte, dass Arzneistoffentwicklung heute nicht mehr national, sondern nur noch global erfolgen kann, wofür eine globale Präsenz der Unternehmen unabdingbar ist. Standorte der Bayer HealthCare AG finden sich aus diesem Grund auf allen fünf Kontinenten.

Keine "fake innovations"

Busch erläuterte, dass dem Kostendruck letztendlich nur durch eine Steigerung der Produktivität begegnet werden kann. Wer sich im Markt behaupten will, ist außerdem gut beraten, nur wirklich innovative Arzneimittel, die einen echten Zusatznutzen versprechen, zu entwickeln. Dies ist jedoch nicht leicht, so Busch, denn die Erfolgsrate in der Wirkstoffforschung ist niedrig und liegt nur bei etwa einem Prozent. Dazu kommt, dass viele zugelassene Medikamente nicht immer die gewünschte Wirkung zeigen. Bei Krebsmedikamenten trifft dies auf durchschnittlich etwa 75% der behandelten Patienten zu. Es ist daher das Ziel, vorherzusagen, welcher Wirkstoff für welchen Patienten Sinn macht. Aus diesem Grund investieren die forschenden Unternehmen derzeit stark in die "personalisierte Medizin", unter anderem in die Entwicklung von Biomarkern, mit deren Hilfe sich herausfinden lässt, ob ein Patient von einer bestimmten Therapie profitieren kann. Unnötige Behandlungen könnten damit vermieden und die Nebenwirkungsrate gesenkt werden.

Externe Ideen nutzen

Busch berichtete, dass das Unternehmen Bayer HealthCare nicht nur interne Forschung betreibt, sondern sich darüber hinaus an Initiativen beteiligt oder diese ins Leben gerufen hat, um innovative Ideen von externen Forschergruppen im Sinne einer "Drug Discovery Partnership" zu unterstützen. So beteiligt sich das Unternehmen an der europäischen Innovative Medicines Initiative (IMI), die die Zusammenarbeit zwischen Partnern aus der Industrie und der Hochschulforschung mit dem Ziel unterstützt, bessere und sicherere Medikamente zu entwickeln.

Als weiteres Beispiel nannte Busch die von Bayer selbst gestartete Initiative "Grants4Targets", mit der innovative Ideen aus der Grundlagenforschung aus den Bereichen Onkologie, Gynäkologie oder Kardiologie finanziell unterstützt werden (siehe Internet).

cb

Biopharmazeutika

Kosten sparen durch Biosimilars

Dr. Andreas Premstaller von der österreichischen Firma Sandoz Biopharmaceuticals stellte in seinem Plenarvortrag am Beispiel der monoklonalen Antikörper dar, welche Anforderungen bei Herstellung von Biosimilars zu beachten sind.

Die Produktion Biologischer Arzneimittel, auch als Biologika oder Biopharmazeutika bezeichnet, ist ein aufwendiger, mehrstufiger Prozess. Sie werden von lebenden Zellen – Bakterien, Hefen oder Humanzellen – produziert, anschließend isoliert und schließlich in eine applizierbare Form überführt. Auf diese Weise werden hämatopoetische Wachstumsfaktoren (z. B. Erythropoetin), Hormone (z. B. Wachstumshormone), Immunmodulatoren (z. B. Beta-Interferon), Blutgerinnungsfaktoren, Enzyme und Impfstoffe sowie monoklonale Antikörper (z. B. Trastuzumab) hergestellt. Letztere sind hochwirksam und bieten therapeutische Optionen für zahlreiche komplexe, bisher schwer therapierbare Erkrankungen, vor allem in den Bereichen Onkologie und Immunologie. Doch die Entwicklung ist langwierig und kostenintensiv. Dies ist unter anderem der Grund dafür, dass die Ausbeute dieser Entwicklungsarbeit relativ gering ist. Denn obwohl beispielsweise jährlich bis zu 50 monoklonale Antikörper in klinischen Studien geprüft werden, gelangen nur etwa zwei pro Jahr bis zur Zulassungsreife. Zugelassen werden Biosimilars von der Europäischen Arzneimittelagentur EMA (zentralisiertes Verfahren). Die rechtlichen Grundlagen ("Guidelines for Biosimilars") dafür wurden im Jahre 2004 geschaffen.

Biosimilars als kostengünstigere Alternative

Infolge des zunehmenden Kostendrucks im Gesundheitswesen besteht die Gefahr, dass die Versorgung von Patienten mit hochpreisigen Biopharmazeutika wie z. B. monoklonalen Antikörpern eingeschränkt wird. Eine Alternative wären Biosimilars, also Biologika, deren Patentschutz abgelaufen ist. Es handelt sich jedoch dabei nicht um Generika, betonte Premstaller. Denn es genügt nicht, Biosimilars wie die klassischen Arzneistoffe nur durch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften zu definieren, sie müssen vielmehr durch das komplette Herstellungsverfahren charakterisiert werden. Letztendlich muss das Biosimilar mit dem Referenzprodukt in allen Phasen des Herstellungsprozesses übereinstimmen. Um dies zu gewährleisten, hat die Firma Sandoz eine dreistufige Entwicklungsstrategie konzipiert. Sie beinhaltet eine große Zahl von analytischen Tools für alle Phasen des Herstellungsprozesses. Dadurch wird das Biosimilar dem Referenzprodukt "as similar as possible".

Obwohl die Entwicklungskosten von Biosimilars nicht unerheblich sind, betragen sie unter Umständen nur 10 bis 30 Prozent der Kosten des Referenzproduktes. Erhebungen zufolge verkürzt sich die Entwicklungszeit, die bei einem Biologikum zwischen acht und zehn Jahren liegt, um ein bis drei Jahre.

cb

Stoffwechselstörungen

Neue Wirkstoffe gegen Lebererkrankungen

Wie die Hochschulforschung dazu beitragen kann, dass neue Arzneistoffe bis in die klinische Prüfung gelangen, stellte Prof. Roberto Pellicciari von der Universität Perugia, Italien, in seinem Plenarvortrag eindrucksvoll dar.

In den letzten Jahren gelangten Gallensäuren als Moleküle mit endokrinen Funktionen in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Sie sind nicht nur endogene Liganden von nukleären Rezeptoren wie beispielsweise dem Farnesoid-X-Rezeptor (FXR), sondern auch Modulatoren von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren wie TGR5. Über eine Aktivierung dieser Rezeptoren regulieren Gallensäuren verschiedene Signalwege metabolischer Funktionen, so beispielsweise die Gallensäuresynthese und die Lipid- und Kohlenhydrat-Homöostase. Auch aus diesem Grund richtet sich das wissenschaftliche Interesse auf die Entwicklung von Modulatoren der Gallensäurenrezeptoren, um dadurch möglicherweise neue Wirkstoffkandidaten zur Behandlung metabolischer Erkrankungen zu finden.

Wirkstoffe gegen Übergewicht …

In Zusammenarbeit mit der Pharmaindustrie gelang Pellicciaris Arbeitsgruppe die Synthese zweier potenter und selektiver Liganden der Rezeptoren FXR and TGR5. Der FXR-Agonist INT-747 (Obeticholsäure) hat gerade die Phase II der klinischen Prüfung für die Indikation primäre biliäre Zirrhose (PBC) erfolgreich abgeschlossen. Bei der PBC handelt es sich um eine chronische Entzündung der kleinen intrahepatischen Gallenwege. Zu den frühen Biomarkern der Erkrankung zählen erhöhte Werte der alkalischen Phosphatase (AP) und der Gamma-Glutamyltransferase (γ-GT). Bei einer zwölfwöchigen Behandlung mit Obeticholsäure beobachtete man signifikante Reduktionen der AP- und γ-GT-Spiegel sowie weiterer Leberenzyme. Auch die Konzentration von Entzündungsmarkern verminderte sich.

Hoffnung für NASH-Patienten …

Im März diesen Jahres gab die Firma Intercept Pharmaceuticals bekannt, dass die Patientenrekrutierung für die doppelblinde, Placebo-kontrollierte, multizentrische FLINT-Studie (FLINT steht für FXR Ligand NASH Treatment) zur Behandlung von Patienten mit nichtalkoholischer Steatohepatitis (NASH) mit Obeticholsäure gestartet wurde. Bei NASH handelt es sich um eine häufige Lebererkrankung, deren Pathophysiologie bisher weitgehend unverstanden ist. Eine zugelassene Therapie gibt es derzeit noch nicht.

… und Diabetiker

Die zweite Substanz, INT-777, ist ein selektiver TGR5-Agonist. Dieser Rezeptor ist nicht nur in der Gallenblase, sondern auch im braunen Fettgewebe und im Darm exprimiert. In präklinischen Studien mit Mäusen führte die Gabe von INT-777 zu Gewichtsverlust und zum Anstieg der Spiegel des Glucagon-like-Peptids 1 (GLP-1). Das Hormon GLP-1 stimuliert glucoseabhängig die Insulinsekretion und senkt die Glucagonkonzentration. Bei Diabetikern ist seine Sekretion vermindert. Aufgrund der genannten Befunde ist INT-777 ein vielversprechender potenzieller Wirkstoff zur Behandlung von Übergewicht und Typ-2-Diabetes.

cb

Arzneistoff-Nanokristalle

Großes Potenzial – geringes Risiko?

Nanokristalle sind ein galenischer Ansatz zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit schlecht löslicher Wirkstoffe (BCS Klasse II). Die Technologie kann auch dazu dienen, um Substanzen intravenös applizierbar zu machen, für die ansonsten unzumutbare Injektionsvolumina erforderlich wären. Prof. Dr. Rainer Müller, pharmazeutischer Technologe an der Freien Universität Berlin, gab einen Einblick in das große Potenzial, aber auch die Risiken von Nanokristallen als Arzneimitteln.

Spezielle Eigenschaften von Nanokristallen

Zunächst muss laut Müller bedacht werden, dass die Umwandlung eines Wirkstoffs von der normalen Partikelgröße (μm-Bereich) in die Nanodimension seine physikochemischen Eigenschaften verändert. So besitzen Nanokristalle eine erhöhte Sättigungslöslichkeit (cs) und schnellere Freisetzung. Außerdem sind die Diffusionsweite verkürzt und die Adhäsivität gegenüber Partikeln im Mikrometer-Bereich erhöht.

Herstellung von Nanokristallen

Anfangs wurde zur Herstellung von Nanokristallen eine sogenannte Bottom-up-Technik über Fällungsreaktionen genutzt. Diese hat sich allerdings wegen technologischer Unzulänglichkeiten nicht durchsetzen können. Die wesentlichsten etablierten Techniken der ersten Generation der Top-down-Herstellung sind das Zerkleinern mittels Rührwerkskugelmühle und die Hochdruck-Homogenisierung (HPH).

Inzwischen wurden in der zweiten Generation ausgefeiltere Verfahren entwickelt, die in der Regel Kombinationstechniken sind. Sie erlauben nicht nur eine schnellere Produktion von Nanokristallen, sondern ermöglichen auch noch kleinere Partikelgrößen (< 100 nm). Weitere prozedurale Verfeinerungen betreffen die Art des Dispersionsmediums oder auch Zusätze zum Dispersionsmedium (Nanopure, H42, H69 etc.). So können z. B. mit der Nanopure-Technik hergestellte, nicht-wässrige Suspensionen unmittelbar in Weichgelatine oder Hypromellose-Kapseln angefüllt werden.

Produkte in Pharmazie und Kosmetik

Die ersten oralen Fertigarzneimittel mit Nanokristallen erschienen in den letzten zehn Jahren auf dem Markt. Als Beispiele führte Müller das Immunsuppressivum Rapamune (syn. Sirolimus) sowie den Lipidsenker Fenofibrat an, dessen Resorption durch die Nanomisierung im nicht-nüchternen Zustand um 35% gesteigert werden konnte. In der Zwischenzeit ist auch das erste injizierbare Präparat im Handel (Invega^® Sustenna^®, Paliperidon). Während Nanokristalle zur äußerlichen Anwendung in den Kosmetikmarkt bereits Einzug gehalten haben, lassen entsprechende Neuentwicklungen bei topischen Pharmaka bislang noch auf sich warten.

Ausblick

Für die Zukunft erwartet Müller die Entwicklung von "intelligenteren” Nanokristallen, mit dem Fokus auf sehr kleine Größen (20 – 50 nm) und Polymer-überzogene, Oberflächen-modifizierte Produkte. Dabei werden die kleinen Nanokristalle eine ähnliche Kinetik aufweisen wie injizierte Lösungen (z. B. Paclitaxel).

Toxikologische Risiken minimieren

Abschließend ging Müller auch auf die in jüngster Zeit vermehrt geäußerten toxikologischen Bedenken gegenüber der Nanotechnologie ein. Zweifelsfrei führt die schnellere Resorption mit einer früher eintretenden und höheren maximalen Plasmakonzentration aus seiner Sicht zu potenziellen Risiken. Abhilfe für diese Risiken könnte durch Einarbeitung der Nanokristalle in multipartikuläre Pellets oder in Mehrfachüberzüge mit alternierenden Schichten (LBL plus technology) mit einer modifizierten Wirkstofffreisetzung geschaffen werden.

Müller hat im Übrigen mit Forschungskollegen eine Nanotoxikologisches Klassifikationssystem entwickelt, das für die Beurteilung der toxikologischen Risiken entsprechender Zubereitungen herangezogen werden könnte.

hb

Glykosaminogykane

GAGs als neue Ziele für Biopharmazeutika

Dr. Tiziana Adage, ProtAffin Biotechnologie AG, Graz, erforscht neuartige Therapeutika mit einem Angriffspunkt an Glykosaminogykanen (GAGs), die ihrerseits Entzündungs- und Krebserkrankungen steuern. Ihr Ansatz besteht darin, humane Proteine zu verändern, um krankheitsrelevante Glykane mit höherer Affinität zu binden. Dies wird mithilfe einer neuartigen Technologie (Cell-Jammer^®) bewerkstelligt. Ein erstes Leitprodukt befindet sich in der präklinischen Entwicklung bei COPD.

Glykosaminogykane sind ein integraler, kovalenter Bestandteil bestimmter Membran- und Membran-assoziierter Proteine, der Proteoglykane (PGs), und Interaktionspartner für viele Proteine (z. B. Chemokine, Wachstumsfaktoren, Metalloproteinasen), deren biologische Aktivität sie signifikant modulieren können.

Ein Beispiel hierfür ist die wichtige Rolle von GAGs und PGs bei der Aktivierung proinflammatorischer Chemokine wie CXCL8 und CCL2. Deshalb finden sie zunehmend Interesse als therapeutische Targets in akuten und chronischen entzündlichen Erkrankungen.

Mithilfe der Cell Jammer^®-Technologie können modifizierte humane Proteine erzeugt werden, die die Protein-Glykan-Wechselwirkungen verändern. So hat Adage in ihrer Forschungsgruppe eine Pipeline menschlicher decoy Proteine (Protein-Mutanten) erzeugt, die als mögliche Wirkstoffkandidaten mit den CXCL8-GAG und den CCL2-GAG Wechselwirkungen interferieren.

Die erhaltenen Proteinmutanten wurden sowohl in vitro als auch in vivo getestet, wobei sie potente antiinflammatorische Eigenschaften gezeigt haben. So wurde in biophysikalischen Untersuchungen für die decoy Proteine eine 20-fache Verbesserung der GAG-Bindungsaffinität nachgewiesen. Experimentell wurde darüber hinaus eine Beeinträchtigung der GPCR-Aktivität der CXCL8 und CCL2 Mutanten-Proteine gezeigt. GPCR sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren in der Zellmembran, die Signale in das Zellinnere weiterleiten und u. a. eine entscheidende Rolle bei Entzündungsprozessen spielen.

In vivo zeigte das CXCL8 decoy Protein eine überzeugende biologische Aktivität in zahlreichen Tiermodellen, einschließlich LPS- und Tabakrauch-induzierter Lungenentzündung (Modell für COPD), während die CCL2-basierten Mutanten eine hochpotente Wirkung gegen multiple Sklerose (EAE-Modell) sowie beim Myokardinfarkt und in Restenose-Modellen bewiesen.

Das am weitesten entwickelte Leitprodukt PA401, eine modifizierte Version des humanen Interleukin-8, befindet sich in der präklinischen Entwicklung bei COPD.

Da der Ansatz, humane Proteine so zu verändern, dass sie krankheitsrelevante Glykane mit höherer Affinität binden, auf viele der bekannte Ziele in Entzündungs- und Krebserkrankungen anwendbar ist, könnten sich aus diesem neuen Wirkmechanismus jedoch noch zahlreiche weitere therapeutische Ziele ergeben.

hb

Individualisierte Medizin

Besonderheiten des Wirkstofftransports

Prof. Dr. Heyo K. Kroemer von der Abteilung Allgemeine Pharmakologie am Zentrum für Pharmakologie und Experimentelle Therapie der Universität Greifswald ist ein ausgewiesener Experte auf dem Gebiet der individualisierten Medizin. Bei der DPhG-Jahrestagung ging er auf einen neuen speziellen Aspekt ein, der hierbei eine Rolle spielen könnte: eine mögliche Variabilität bei der Expression von Proteinen für den Wirkstofftransport.

Auf dem Weg zu ihrer therapeutischen Zielstruktur müssen Wirkstoffe zahlreiche Biomembranen passieren. Wichtiger als der Blutspiegel ist die lokale Bioverfügbarkeit eines Arzneistoffs am Wirkort, die durch Transportprozesse kontrolliert wird. Auch periphere Blutzellen exprimieren verschiedene Transportproteine, die zur interindividuellen Variabilität einer Arzneimittelwirkung beitragen und daher einen zusätzlichen Faktor in der individualisierten Medizin darstellen können. Inwieweit dieser zum Tragen kommt, hängt von der Expression der Transporter ab, die durch Variationen in den codierenden Genen modifiziert werden kann.

Als Beispiel hierfür führte Kroemer die humanen Efflux-Transportproteine MRP4 und MRP5 an (multidrug resistance proteins), die am aktiven Transport vieler wichtiger antiviraler und zytostatischer Arzneimittel und damit wesentlich an der chemotherapeutischenresponsebeteiligt sind.

Nach vorliegenden Daten spielt die Expression von MRP4 auch eine Rolle bei sogenannten "Storage-pool-diseases", die durch eine thrombozytäre Sekretionsstörung gekennzeichnet sind. Der Sekretionsdefekt beruht auf einem Mangel oder Fehlen thrombozytärer Granula, die MRP4 beinhalten. Dieser Effekt kommt auch bei Patienten mit dem seltenen Hermansky-Pudlak-Syndrom (HPS) zum Tragen, die unter anderem eine erhöhte Blutungsneigung zeigen. Es konnte nachgewiesen werden, dass HPS-Patienten eine komplett andere Expression von MRP4 aufweisen. Studien deuten im Übrigen auch auf eine wichtige Rolle von MRP4 bei der ASS-Resistenz hin.

Als weiteres Beispiel für genetisch bedingt variable Transportprozesse nannte Kroemer die Statine, deren Aufnahme in die Leber über den in Thrombozyten exprimierten SLC-Transporter OATP2B1 vermittelt wird (SLC: solute carriers, eine Gruppe von Transportproteinen). Auch hier liegen Erkenntnisse zu interindividuellen Variabilitäten vor.

Nichtsdestotrotz, so resümierte Kroemer, sind auch Abweichungen bei Wirkstofftransportprozessen wie viele andere Faktoren nur einige von zahllosen Mosaiksteinen in dem komplexen Forschungsgebiet der individualisierten Medizin, auf dem er selbst zusammen mit einem umfangreichen Kollegium über das Projekt GANI_MED ("Greifswald Approach to Individualized Medicine") bereits einen wesentlichen wissenschaftlichen Grundstein gelegt hat.

hb

Forschungsergebnisse aus Japan

Lipopolysaccharid und Liposomen

Zwischen der Japanischen Pharmazeutischen Gesellschaft und der DPhG bestehen seit vielen Jahren außerordentlich gute Kontakte. In Innsbruck waren der derzeitige Präsident, Prof. Dr. Masahiro Nishijima von der Showa Pharmaceutical University in Tokio, und Prof. Dr. Hideyoshi Harashima von der Pharmazeutischen Fakultät der Hokkaido Universität zu Gast und gaben in ihren Vorträgen einen Einblick in aktuelle Forschungen.

Ein Schwerpunkt der wissenschaftlichen Studien von Nishijimas Arbeitsgruppen bilden Arbeiten mit Lipopolysaccharid (LPS), einem Zellwandbestandteil gramnegativer Bakterien.

Im menschlichen Organismus bewirkt LPS unter anderem die Stimulation von Immunzellen wie Makrophagen, was zur Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine führt. Eine übermäßige Zytokinproduktion kann einen Endotoxinschock zur Folge haben. Am Beginn dieser Reaktionskette steht das Enzym Caspase-1, welches wiederum durch einen zytosolischen Multi-Enzym-Komplex, das sogenannte Inflammason, aktiviert wird.

Immunstimulierende Eigenschaften genutzt

Die Eigenschaft von LPS, das Immunsystem zu stimulieren, wird genutzt, indem beispielsweise Monophosphoryl-Lipid A (MPL), ein gereinigtes Derivat von Lipid A (dem aktiven Zentrum von LPS), als Adjuvanz in Impfstoffen, z. B. gegen das Humane Papillomavirus, zum Einsatz kommt. MPL besitzt nur eine geringe Toxizität, wobei die zugrunde liegenden Mechanismen zunächst unbekannt waren. Um sie zu verstehen, führte man Untersuchungen mit murinen und humanen Makrophagen-Zelllinien durch. In diesen Experimenten war MPL im Gegensatz zu Lipid A nicht imstande, das Schlüsselenzym Caspase-1 zu aktivieren. Eine aktivierte Caspase-1 ist jedoch notwendig, um IL-1β, das sogenannte endogene Pyrogen, zu produzieren. Zwar induzierte MPL die Produktion von IL-1β über einen anderen Signalweg (TLR-4), Lipid A konnte zusätzlich den "Caspase-Weg" nutzen. Daraus schlossen die Forscher, dass eine der Ursachen für die Toxizitätsunterschiede zwischen Lipid A und MPL die fehlenden Aktivierung von Caspase-1 durch MLP sein könnte.

"Intelligente" Gentransfersysteme

Prof. Harashima referierte über die Entwicklung eines non-viralen Gentransfersystems mit der Bezeichnung MEND (multifunctional envelope-type nano device). Die Entwicklung von sicheren und effizienten Gentransfersystemen ist sehr kompliziert, so Harashima. Denn nach der Applikation muss gewährleistet sein, dass im Zielgewebe der intrazelluläre Transport so kontrolliert abläuft, dass das genetische Material auch tatsächlich im Zellkern ankommt.

Harashimas Arbeitsgruppe entwickelte Arginin-reiche Liposomen, wobei sich solche mit acht Argininresten (octaarginine-modified Liposomes, R8-Lip) als besonders geeignet herausstellten. Es gelang den japanischen Wissenschaftlern, siRNA (small interfering RNA) in R8-MEND zu "verpacken", was recht komplizier ist, da die gängigen Methoden, die bei der Verpackung von DNA zum Einsatz kommen, hier nicht angewendet werden können; siRNA spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation der Genexpression.

"Programmiertes Verpacken" von DNA

Doch auch bei der Verpackung von DNA gibt es Weiterentwicklungen. Hier wurde das Konzept des "Programmierten Verpackens" (programmed packaging) entwickelt. Ziel ist es, Nanosysteme wie R8-Lip mit verschiedenen Funktionalitäten, beispielsweise pH-sensitiven fusogenen Peptiden, so auszustatten, dass sie ähnlich wie Viren problemlos Zellbarrieren überwinden können.

Ganz aktuell sind Forschungen zu Tumorimpfungen. Den japanischen Wissenschaftler gelang es, die Tuberkulosevakzine BCG, die auch vor Blasenkrebs schützen soll, so in die R8-Liposomen zu verpacken, dass ein wasserlösliches Gentransfersystem entstand, das gut ins Gewebe aufgenommen werden kann. Dieses befindet sich derzeit in der klinischen Prüfung.

cb

Pharmazeutische Biologie

Neue Naturstoffe gegen Entzündungen

Das Interesse der pharmazeutischen Industrie an der Naturstoffforschung ist etwa seit dem Jahre 2000 rückläufig. Prof. Dr. Verena Dirsch, Leiterin des Departments für Pharmakognosie der Universität Wien, vertritt jedoch die Ansicht, dass bioaktive natürliche Substanzen einen substanziellen Beitrag zur Entwicklung von Leitsubstanzen für neue Wirkstoffe leisten können. Im österreichischen Forschungsnetzwerks DNTI (s. Kasten) widmet sie sich der Identifizierung und chemisch-pharmakologischen Charakterisierung von Naturstoffen, die Entzündungsprozesse, speziell im Herz-Kreislauf-System, beeinflussen können.

Nach der Sichtung ethnopharmakologischer und ethnobotanischer Datenbanken und anschließenden Tests von aussichtsreich erscheinenden Naturstoffen in Pharmakophor-Modellen gelang es beispielsweise, in Magnolia officinalis drei Liganden des Peroxisomen-Proliferation-aktivierten Rezeptors gamma (PPARγ) – die Neolignane Magnolol, Dieugenol und Tetrahydrodieugenol – zu identifizieren. PPARγ ist ein intrazellulärer Rezeptor, der durch die Bindung der genannten Neolignane zur Interaktion mit der DNA befähigt wird. Daraufhin kommt es zur Synthese von Proteinen, die vielfältige Funktionen im Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel erfüllen. PPARγ-Agonisten sind deshalb als potenzielle Wirkstoffe zur Behandlung des Diabetes Typ 2 und des metabolischen Syndroms von Interesse oder werden bereits in diesen Indikationen eingesetzt. So beruht die Wirkung der Glitazone Pioglitazon und Rosiglitazon unter anderem auf ihrem PPARγ-Agonismus.

Dirsch und ihre Mitarbeiter fanden heraus, dass Magnolol, Dieugenol und Tetrahydrodieugenol als partielle Agonisten am PPARγ wirken.

Indirubin-Derivat gegen Restenose

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt in Dirschs Arbeitskreis sind die glatten Muskelzellen der Gefäßwände. Wenn sie übermäßig proliferieren, kann dies zu Atherosklerose oder bei Stent-Patienten zur Restenose führen. In der traditionellen chinesischen Medizin wird natürlicher Indigo, der auch Indirubin (Indigorot) enthält, vielfältig eingesetzt, z. B. zur Behandlung der chronischen myeloischen Leukämie (CML). Dirschs Arbeitsgruppe untersuchte das Indirubin-Derivat Indirubin-3‘-monoxim (I3MO) und fand dabei heraus, dass es die PDGF-induzierte Proliferation der vaskulären glatten Muskelzellen hemmt, indem es einen spezifischen Signalweg (signal transducer and activator of transcription 3, STAT3) blockiert.

Weitere Studien zur Signaltransduktion sollen die genauen molekularen Mechanismen, die der Wirkung von I3MO zugrunde liegen, identifizieren.

cb

DAZ 2011, Nr. 40, S. 88