Rekombinante Wirkstoffe. Prof. Dr. Theo Dingermann Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt

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1 Rekombinante Wirkstoffe Prof. Dr. Theo Dingermann Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt

2 Praktische Definitionen Gentechnik Unmittelbare neukombination von DNA am isolierten Molekül bzw. Molekülgemischen (Isolierte DNA Rekombination Reintegration in eine Zelle): In-vitro-Technologie

3 Praktische Definitionen Gentechnik Unmittelbare neukombination von DNA am isolierten Molekül bzw. Molekülgemischen (Isolierte DNA Rekombination Reintegration in eine Zelle): In-vitro-Technologie Biotechnik Zellbiologische 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

4 Praktische Definitionen Gentechnik Unmittelbare neukombination von DNA am isolierten Molekül bzw. Molekülgemischen (Isolierte DNA Rekombination Reintegration in eine Zelle): In-vitro-Technologie Biotechnik Zellbiologische 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 Biochemie Isolierung, Aufreinigung und Modifikation von Biomolekülen, wobei die Modifikation der Biomoleküle meistens mit Hilfe von Enzymen bewerkstelligt wird: In-vitro-Technologie

5 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n

6 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen

7 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen GENTECHNIK isoliertes Zielgen

8 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen GENTECHNIK isoliertes Zielgen neukombiniertes Zielgen

9 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen GENTECHNIK isoliertes Zielgen neukombiniertes Zielgen GVO

10 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen GENTECHNIK isoliertes Zielgen neukombiniertes Zielgen Kultivierung des GVO GVO

11 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen GENTECHNIK isoliertes Zielgen neukombiniertes Zielgen BIOTECHNIK Rekombinantes Protein Kultivierung des GVO GVO

12 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen GENTECHNIK isoliertes Zielgen neukombiniertes Zielgen BIOTECHNIK Rekombinantes Protein Kultivierung des GVO GVO Isoliertes rekombinantes Protein

13 Herstellung rekombinanter Proteine natürliches Ausgangsprotei n Zielgen GENTECHNIK isoliertes Zielgen neukombiniertes Zielgen BIOTECHNIK Rekombinantes Protein Kultivierung des GVO GVO Isoliertes rekombinantes Protein BIOCHEMIE Eventuell modifiziertes Protein

14 Rekombinante Proteine Target"- Organismus Quell"- Organismus Genetische Informationseinheit = universell verständlich in allen biologischen Organismen

15 Mechanismen der Transkription/Translation

16 Rekombinante Proteine Target"- Organismus Quell"- Organismus Genetische Informationseinheit = universell verständlich in allen biologischen Organismen Kontrolleinheiten = extrem spezifisch TF 1 POL Promotor 1

17 Produktion rekombinanter Protein Zielorganismus Quellorganismus Kontrollregionen Informationseinheit "genetic engineering" (Expressions-)Vektor Selektionscassette Transgener Organismus (GVO) Extraktion und Reinigung

18 Proteine

19 einfach, nicht glykosyliert Proteine

20 einfach, nicht glykosyliert Proteine komplex, glykosyliert

21 E. coli oder Hefe einfach, nicht glykosyliert Proteine komplex, glykosyliert

22 E. coli oder Hefe einfach, nicht glykosyliert Proteine komplex, glykosyliert CHO-Zellen oder BHK-Zellen Pflanzenzellen oder humane/maus-zellen

23 Die richtige Wahl der Produktionszelle E. coli S. cerevisiae Pflanzenzellen CHO-Zellen humane Zellen Sehr sicher, aber zu unflexibel für komplexe Proteine Robust und sicher, aber schlecht geeignet für Proteine mit anspruchsvollen Zuckergerüsten Bisher nur in der Forschung eingesetzt. Keine Erfahrungen im Bereich Arzneimittel Zellen, die fast alles können und extrem häufig verwendet werden Zellen, die fast alles können, die allerdings die höchsten Anforderungen an die Sicherheit stellen

24 Wirtssysteme 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)

25 DNA-rekombinationstechnisch hergestellte Produkte Producta ab ADN recombinante Die Bestimmungen dieser Monographie gelten im Zusammenhang mit den jeweiligen einzelnen Monographien des Arzneibuches über DNArekombinationstechnisch 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.

26 DNA-rekombinationstechnisch hergestellte Produkte Producta ab ADN recombinante 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.

27 DNA-rekombinationstechnisch hergestellte Produkte Producta ab ADN recombinante Definition Herstellung Klonierung und Expression Charakterisierung der Wirtszelle einschließlich der Herkunft, des Phänotyps und Genotyps sowie der Zellkulturmedien Dokumentation der Klonierungsstrategie für das Gen und Charakterisierung des rekombinanten Vektors Charakterisierung des Wirts-Vektor-Systems Zellbanksystem Herstellung mit begrenzter Passage Kontinuierliche Herstellung Validierung der Zellbänke Kontrolle der Zellen Validierung des Herstellungsprozesses Extraktion und Reinigung Charakterisierung des Bulkproduktes Gleichförmigkeit der Produktion Aminosäure-Zusammensetzung Partielle Aminosäuresequenzanalyse Peptidmustercharakterisierung Bestimmung der Molekülmasse Retention des Expressionskonstrukts Gesamtprotein Chemische Reinheit Von Wirtszellen stammende Proteine Aus Wirtszelle oder Vektor stammende DNA Hybridisierungsanalyse Sequenzunabhängige Techniken Prüfung auf Identität, Prüfung auf Reinheit und Gehaltsbestimmung Lagerung Beschriftung

28 Rekombinante Wirkstoffe Der legale Markt: 120 zugelassene Wirkstoffe 23 Indikationsgruppe

29 Rekombinante Wirkstoffe 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

30 Rekombinante Wirkstoffe Auf den ersten Blick liegt es nahe: diese Wirkstoffe entsprechen einem natürlichen, humanen Vorbild Rekombinante Arzneimittel Humane, naturidentische Wirkstoffe

31 Rekombinante Wirkstoffe Auf den ersten Blick liegt es nahe: diese Wirkstoffe entsprechen einem natürlichen, humanen Vorbild Der zweite Blick zeigt: eine erhebliche Zahl dieser Wirkstoffe entspricht nicht einem natürlichen, humanen Vorbild

32 Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen?

33 Warum Modifikationen an authentischen Biomolekülen? Einige Modifikationen sind Konzessionen an die technische Machbarkeit durchaus u.u. mit einem signifikanten Zusatzgewinn (Kasse-1 Biotechs)

34 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)

35 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)

36 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)

37 Rekombinante Wirkstoffe 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

38 Rekombinante Wirkstoffe Pharmakokinetische Eigenschaften 3 schnell wirksam 101 normal wirksam 16 verzögert wirksam

39 Met-Somatropin (Protropin ) H H G I E K D K R M Wachstumshormon

40 Met-Somatropin (Protropin ) H H G Klasse-1 Biotech I E K D K R M Wachstumshormon

41 Somatropin H H G I E K D K R Wachstumshormon

42 Somatropin H H G Klasse-2 Biotech I E K D K R Wachstumshormon

43 Pegyliertes Somatropin H H G I E K D K R modifiziertes Wachstumshormon längere Halbwertszeit

44 Pegyliertes Somatropin H H G Klasse-3a Biotech I E K D K R modifiziertes Wachstumshormon längere Halbwertszeit

45 Pegvisomant (Somavert ) D H H D T KG S R S A N I E K D K R Wachstumshormon GH-Rezeptor-Antagonist

46 Pegvisomant (Somavert ) D H H D KG Klasse-3b Biotech T S R S A N I E K D K R Wachstumshormon GH-Rezeptor-Antagonist

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