SiRNA-Arzneimittel üben ihre pharmakologische Wirkung aus, indem sie den mRNA-Spiegel regulieren und die Produktion krankheitsrelevanter Proteine modulieren. Um Veränderungen im mRNA- und Proteinspiegel zu bewerten, ist es von entscheidender Bedeutung, geeignete In-vitro- und In-vivo-Modelle zu etablieren, die nicht nur auf dem LNP-Abgabesystem und der GalNac-Kopplungstechnologie basieren, sondern auch erhebliche Auswirkungen auf die extrahepatische gezielte Abgabe haben, so die Erforschung von neuartigen Wirkmechanismen von siRNA-Arzneimitteln, pharmakodynamischer Forschung und Studien zur Pharmakokinetik/Pharmakodynamik (PK/PD).
Im Gegensatz zu niedermolekularen Arzneimitteln und Proteinarzneimitteln weisen siRNA-Arzneimittel einzigartige pharmakokinetische (PK) und pharmakodynamische (PD) Beziehungen auf:
1. Kurze Expositionszeit im Plasma, lange Expositionszeit in Zielorganen (z. B. Leber) und anhaltende Arzneimittelwirksamkeit.
Abb. 1. Givoiran, Inclisiran und Vutrisiran: Zusammenhang zwischen der Konzentration von siRNA im Plasma und der Veränderung der PD-Marker im Serum.
2. Die wichtigste PD-Materialbasis liegt im Komplex, der von siRNA und RISC im Zytoplasma gebildet wird, und nicht in der Gesamtkonzentration von siRNA im Plasma oder in Zielorganen.
Abb. 2. Zusammenhang zwischen der Gesamtkonzentration von siRNA, der Konzentration von siRNA-RISC und PD-Markern in der Leber.
3. Die In-vivo-Escape-Effizienz von siRNA und die Bindungskinetik zwischen siRNA und RISC können je nach Plattform oder Abgabesystem variieren.
Abb. 3. Der Prozess und die wichtigsten Schritte des Eintritts von GalNac-SiRNA in Zellen, intrazelluläre Verteilung und pharmakologische Aktivität.
Abb. 4. Zwei Schemata können die Fluchteffizienz von siRNA-Endosomen verbessern.
Diese Eigenschaften stellen erhebliche Herausforderungen für die pharmakodynamische Bewertung und klinische Umsetzung von siRNA-Arzneimitteln dar. In Zukunft besteht Bedarf an quantitativerer Forschung zum Wirkmechanismus und den PK-Prozessen von siRNA-Arzneimitteln, einschließlich der intrazellulären PK, um genaue nichtklinische pharmakodynamische Daten zu erhalten, die die klinische Wirksamkeit verbessern und das Design klinischer Studien leiten können. Darüber hinaus ist die Integration bestehender nichtklinischer und klinischer Daten für die Modellverbesserung und -optimierung von entscheidender Bedeutung.
Bewertung der In-vitro-Aktivität und Off-Target-Effekte
In-vitro-Tests sind ein entscheidender Bestandteil der Forschung und Entwicklung von siRNA-Arzneimitteln und zielen darauf ab, siRNA-Sequenzen mit hoher Targeting-Spezifität und Wirksamkeit zu identifizieren. Typischerweise werden primäre Zelllinien oder transfizierte Zelllinien, die von Menschen oder Tieren stammen, als experimentelle Systeme verwendet, um die Auswirkungen von siRNA auf die Zellaktivität, funktionsbezogene Proteine und Ziel-mRNA-Spiegel zu untersuchen. Diese In-vitro-Experimente ermöglichen die Bewertung der Auswirkungen auf menschliche Ziele sowie die Bewertung der mRNA-Effekte bei verschiedenen Arten und bilden eine Grundlage für die Auswahl relevanter Arten in toxikologischen Studien. Laut Prüfberichten der FDA können sechs auf dem Markt erhältliche siRNA-Medikamente die Ziel-mRNA regulieren und die Proteinexpressionsniveaus in konzentrationsabhängiger Weise modulieren, wobei sie sowohl bei Affen als auch in In-vitro-Umgebungen pharmakologische Aktivität zeigen. Darüber hinaus bieten In-silico-Vergleiche der Ziel-mRNA-Homologie zwischen verschiedenen Arten oder Vorhersagen der Paarung mit siRNA-Wirkstoffkandidaten Erkenntnisse für die Auswahl relevanter Arten. Ein vorläufiges Screening von Nicht-Zielsequenzen (Off-Target-Sequenzen) in menschlichen Transkripten, die mit möglichen siRNA-Arzneimitteln hybridisieren könnten, gefolgt von anschließenden In-vitro-Tests und einer umfassenden Risikobewertung trägt zur Gesamtbewertung bei.
In-vivo-Pharmakodynamik
Die Paarung von siRNA-Arzneimitteln mit der Ziel-mRNA erfordert ein hohes Maß an Spezifität, da eine erfolgreiche Paarung nur mit Sequenzen erfolgt, die eine hohe Homologie zur Ziel-mRNA aufweisen. Im Allgemeinen werden pharmakodynamische In-vivo-Studien an verwandten Arten oder Tiermodellen durchgeführt, nachdem die entsprechenden verwandten Arten und Gattungen ausgewählt wurden. Nichtmenschliche Primaten dienen als entscheidende Modelle für die Bewertung der In-vivo-Pharmakodynamik von siRNA-Arzneimitteln und ermöglichen die Bestimmung wirksamer Dosisbereiche und die Bewertung von Dosierungsschemata. In Fällen, in denen keine verwandten Arten eine pharmakologische Aktivität aufweisen, können transgene Tiermodelle verwendet oder entsprechende pharmakodynamische In-vitro-Tests durchgeführt werden.
Abb. 5. Korrelationsanalyse des ALA/PBG-Spiegels im Urin (oben), des ALAS1-mRNA/ALA/RBG-Spiegels im Urin (Mitte) und des ALA/PBG-Spiegels im Urin (unten) von Givoiran.
In vivo durchgeführte pharmakodynamische Experimente ermöglichen die Untersuchung von Dosis-Wirkungs-Beziehungen, Zeitverlaufseffekten und wirksamkeitsbezogenen Biomarkern. Darüber hinaus spielen im Bereich der quantitativen Pharmakologie PK/PD-Modelle, Dosis-Wirkung-Zeit-Modelle und PK/PB-Modelle eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von siRNA-Arzneimitteln und ermöglichen die Simulation, Extrapolation und Vorhersage von Daten von der präklinischen bis zur klinischen Phase Stufen. Umfassendes Verständnis und Nutzung der einzigartigen PK/PD-Beziehung von siRNA-Arzneimitteln sind für die Steuerung ihrer Entwicklung von entscheidender Bedeutung. Die wissenschaftlich und rational konzipierten präklinischen pharmakodynamischen Studien können zusammen mit der Untersuchung von Transformationsperspektiven die Gestaltung klinischer Studien und die Vorhersage der Wirksamkeit von siRNA-Produkten am Menschen besser unterstützen und bei der Festlegung der ersten klinischen Studie am Menschen (FIH) und der Dosierungsschemata helfen in verschiedenen klinischen Stadien. Sie bieten auch Unterstützung bei der klinischen Dosierungsauswahl bei New Drug Application (NDA). Aufgeführte siRNA-Medikamente wie Patisiran und Givosiran nutzen die oben genannten pharmakodynamischen Modelle.
Abschluss
Unter strikter Einhaltung ethischer Standards für Tierversuche und regulatorischer Anforderungen für die Arzneimittelentwicklung in verschiedenen Ländern engagiert sich Prisys Biotechnology dafür, durch die Nutzung umfangreicher Tiermodellressourcen für nichtmenschliche Primatenkrankheiten, professionelles Fachwissen in Pharmakodynamik, DMPK und Sicherheitsbewertung von Arzneimitteln mit kleinen Nukleinsäuren.
Prisys Biotechnology verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der pharmakodynamischen Forschung unter Verwendung von Tiermodellen nichtmenschlicher Primatenkrankheiten. Unter Nutzung unserer Ressourcen und technologischen Vorteile haben wir verschiedene Tiermodelle für induzierte nichtmenschliche Primatenkrankheiten etabliert, die eine hohe Homologie mit Menschen aufweisen und nähere genotypische und phänotypische Merkmale an den Krankheitspopulationen aufweisen.
Im Bereich siRNA unterhält Prisys Biotechnology das ganze Jahr über enge Kooperationen mit zahlreichen führenden Nukleinsäure-Arzneimittelunternehmen und hat Konzeptverifizierungstests und präklinische pharmakodynamische Studien von siRNA-Arzneimitteln abgeschlossen, die mehrere wichtige Indikationen umfassen, darunter Hyperlipidämie, NASH und Bluthochdruck. Gleichzeitig beobachtet Prisys Biotechnology die Forschungs- und Entwicklungstrends der Branche sowie den klinischen Bedarf genau und stärkt kontinuierlich zukunftsorientierte Layouts und den Aufbau technischer Kapazitäten in neuen Technologiebereichen. Wir widmen uns der Erforschung neuartiger Modelle, die den F&E-Anforderungen verschiedener Kunden im Bereich innovativer siRNA-Medikamente gerecht werden und neue Indikationen, Verabreichungssysteme und Kombinationstherapien umfassen.
