V preklinické studii je stěžejní zjistit bezpečnost a účinnost onkologického léku, popisuje proces vědkyně Palová Jelínková

Působíte ve společnosti SOTIO na pozici ředitelky translační vědy. Co tato práce obnáší? Čím se konkrétně zabýváte, aby to pochopila i laická veřejnost?

V biotechnologické společnosti SOTIO pracuji již 12 let. Začínala jsem na pozici vědce a před několika lety jsem přešla na pozici ředitelky translační vědy. Vedu malý translační tým, který se zabývá dvěma hlavními směry. Prvním směrem je translační věda, kdy se snažíme využít a převést výsledky z preklinického vývoje do klinické studie. To znamená, že díky výsledkům získaným z preklinického vývoje lépe zjistíme, kterým pacientům má být lék podán a co je potřeba u cílové skupiny pacientů měřit, abychom dostali více informací o mechanismu účinků daného léku. Druhým směrem je translační medicína, která souvisí s přípravou klinických studií. Pro klinickou studii vymýšlíme a organizujeme ve spolupráci s dalšími odděleními a organizacemi celý biomarkerový plán pro pacienty ve studii – tedy jaké vzorky u pacientů odebrat a co se z nich bude měřit.

Když jsem si pročítala vaše studie, tak původně jste se více věnovala autoimunitním nemocem jako celiakie, alergie nebo diabetes. Jak jste se postupně propracovala k onkologickým onemocněním?

Začínala jsem pracovat v Akademii věd, kde jsem studovala, jakou roli hrají buňky nespecifické imunity v autoimunitních chorobách. Pak jsem přišla do Sotia, kde jsem několik let vedla skupinu, která se zabývala přípravou tzv. tolerogenních dendritických buněk pro léčbu pacientů s autoimunitními chorobami, jako je třeba diabetes I. typu nebo revmatoidní artritida. Tyto projekty se ale postupně utlumily a díky tomu jsem se dostala do týmu, který se zabýval imunoterapií nádorů a vývojem léků. Tím jsem se i postupně propracovala k translační vědě. 

Které výzkumy u vás nyní probíhají?

Obecně ve firmě běží několik různých programů, které mají za cíl vývoj různých typů imunoterapie nebo cílené terapie pro léčbu jednotlivých nádorů. Prvním příkladem je projekt zaměřený na tzv. antibody–drug conjugate (ADC, monoklonální protilátka kombinovaná s cytotoxickou látkou, obvykle chemoterapeutikem, pozn. red.). ADC jsou zacílené na molekuly přítomné na povrchu nádorových buněk a fungují jako nosič, jenž přináší do nádorové tkáně cytotoxický lék, který nádorové buňky cíleně zabíjí. Preklinické a klinické testování ADC se odvíjí od toho, na kterou molekulu v nádoru je léčivo zaměřené. To znamená, že pro preklinické testování se vybírají buněčné nádorové linie, které mají danou molekulu na svém povrchu. Dále myší modely s nádory, kde je cílová molekula přítomná v různé míře, abychom zjistili, zda ADC funguje i v případě, že je cílových molekul v nádoru málo. V klinické studii se u pacientů testuje, zda a kolik cílových molekul se v nádoru nachází. Preklinické a klinické testování je dále ovlivněno tím, jaký typ nádoru chceme léčit, jestli se jedná jen o monoterapii (léčba jedním lékem, pozn. red.), nebo je využívána kombinace léků. Od těchto informací se odvíjí i příprava biomarkerového plánu pro klinickou studii.

Co další příklady výzkumů?

SOTIO dále vyvíjí léky na bázi tzv. imunocytokinů (cytokiny jsou molekuly, které přenáší důležitou informaci mezi buňkami a mají vliv na regulaci růstu, dělení buňky, diferenciaci, zánět a obranyschopnost, pozn. red.). Imunocytokiny jsou proteiny vytvořené spojením monoklonální protilátky s cytokinem, mohou se specificky vázat na cílové buňky a lépe tak stimulují imunitní systém pacienta. Dalším typem terapie jsou tzv. CAR T-cells. CAR T-cells jsou obvykle pacientovy vlastní T-lymfocyty (druh bílých krvinek), které jsou pomocí virového vektoru geneticky upraveny tak, aby byly schopny lépe rozpoznat a zničit nádorové buňky. 

Každopádně každý lék nebo imunoterapie, které se začínají vyvíjet, musí začínat v preklinickém testování. Preklinické testování sleduje bezpečnost, účinnost léčivého přípravku tzv. farmakokinetické a farmakodynamické vlastnosti dané látky. Začíná testováním ve zkumavce (in vitro) a pokračuje testováním na zvířecích modelech (in vivo). Cílem je zjistit mechanismus účinku látky, její imunomodulační účinky a předně otestovat toxicitu dané látky v organismu. Dále potřebujeme vědět, co se s lékem děje, když se dostane do organismu, jak se tam absorbuje, jak se tam distribuuje, jak se metabolizuje, jak se bude z organismu vylučovat. Zjišťujeme, co lék v organismu dělá, jak působí na cílové buňky nebo na cílové tkáně a jaká dávka by se měla použít, aby byla terapie bezpečná. Jestli se látka bude podávat perorálně, nebo intravenózně. Důležité je zajistit, aby látka byla bezpečná pro klinické fáze studií.

Výzkum začíná ve zkumavce

Na čem či na kom tyto preklinické studie provádíte?

Preklinické testování vždycky zahrnuje nejprve testování na modelech in vitro, což jsou různé buněčné linie a tkáňové kultury. Buněčné linie lze pěstovat ve 2D systémech buď v kultivačních lahvích, kultivačních destičkách, nebo na Petriho miskách. 

V současnosti už ale využíváme i 3D modely (sféroidy, tj. shluky buněk, nebo organoidy, tj. 3D „miniorgány“, pozn. red.), které lépe napodobují chování specifických tkání nebo orgánů. Nechci říct, že ve zkumavce naroste např. malý žaludek, ale v organoidu existuje větší množství různých buněk, které jsou pro určitý orgán typické. Použitím 3D modelů lze snížit množství zvířecích modelů, které používáme v další fázi testování.

Zkoumání ale vždy začíná na buněčné bázi? 

Ano, buněčné testování začíná vždy in vitro. Testování in vitro umožňuje relativně rychle a levně testovat velké množství preklinických molekul na širokém spektru buněčných linií. To nám pomůže vybrat cílového kandidáta, který má vyžadovanou strukturu a vlastnosti. Cílová molekula pak postoupí do studie klinické. Buněčné testování má ale své limity oproti živému organismu, neumožnuje testovat farmakokinetiku a možné negativní toxické účinky, také se například špatně testuje komplexní imunitní odpověď. 

Proto následně přecházíte na testování na zvířecích modelech. Jaké jsou u této možnosti testování výhody a nevýhody?

Zvířecí model je komplexní. Hrají zde velkou roli jednotlivé vztahy mezi orgány, metabolismus, farmakokinetické parametry léků (konstanty charakteristické pro léčivo a organismus, ovlivněné lékovou formou a cestou podání léku, pozn. red.). Na zvířecím modelu lze zkoumat, jak se daný lék v organismu absorbuje, metabolizuje, distribuuje a jak je vyloučen, dále jakou má lék toxicitu. Myší modely umožňují zkoumat účinnost látek, vliv imunoterapie nebo léčby nádorů v kontextu celého organismu, myší modely simulují mikroprostředí nádoru. To ve zkumavce nikdy nezjistíte. 

Na druhou stranu jsou zvířecí modely finančně výrazně náročnější. Experiment na nich trvá výrazně delší dobu a je potřeba brát v úvahu, že je to stále zvířecí model, který se od lidského mechanismu liší. Myší model otestuje proof of concept, tedy zda lék dělá to, co má, a je bezpečný. Ale nikdy nemůžete říct, že přesně takhle bude fungovat i u pacienta. Myší modely jsou v každém případě pro preklinické testování léků nezbytné, ověříme si, že námi vyvíjená terapie funguje a jak lék působí na nádorovou tkáň nebo na imunitní mechanismus. Můžeme vyzkoušet různé typy nádorů (myší nádory vložené pod kůži, myší nádory vložené na stejné místo, kde by vznikl nádor, geneticky upravené myší nádory). Je možné dokonce testovat i tzv. pacientské nádory (PDX, patient derived xenografts), kdy je nádorový vzorek přímo odebraný od pacienta (např. chirurgický zákrok) transplantován do myši. PDX modely poskytují přesnější model lidského nádoru, např. specifickou mutaci nebo přítomnost specifické molekuly v nádoru. Pro testování některých typů léčby lze použít humanizované myši (nemají svůj vlastní imunitní systém, ale jsou do nich vloženy lidské imunitní buňky, pozn. red.). Ty jsou ale velmi drahé.

Zjišťování dávkování

Můžete tak tedy vyvíjet lék na konkrétní nádor. Co ale u myši neuvidíte? V čem je to hlavní úskalí?

Každý myší model má svoje plusy a minusy. Např. PDX myší modely nemají imunitní systém, umožňují tedy především testování cytotoxických léků (např. dříve zmiňovaných ADC), ale ne léků, které aktivují imunitní systém (např. dříve zmiňované imunocytokiny). Obecně se imunitní systém myší od lidského imunitního systému liší. To může vést k tomu, že reakce na imunoterapii v myších modelech nemusí přesně odpovídat reakcím u lidí.

Podle čeho určujete, jakou první dávku dostane pacient v klinické studii?

Záleží na tom, jak lék funguje v modelových organismech. Testuje se na dvou modelech, prvním modelem jsou hlodavci (myši, potkani) a druhým modelem jsou nehlodavci (např. psi). Dávka léku pro pacienta v klinické studii se odvíjí od vedlejších účinků a projevů toxicity v modelových organismech. Určuje se podle dosažených farmakokinetických a farmakodynamických vlastností s ohledem na přepočet na lidské pacienty. První dávka musí být bezpečná a zároveň vykazovat určitou účinnost. Většinou se v prvních fázích klinických studií testuje více dávek až do tzv. maximální tolerovatelné dávky (MTD).

Zmínila jste, že experiment na myších trvá výrazně delší dobu než u buněčného zkoumání. Jak dlouhou dobu si můžeme představit?

Záleží na typu modelu. Protinádorovou terapii je možné testovat jak na myších s imunitním systémem (imunokompetentní myši), tak bez imunitního systému (imunodeficientní myši) a experiment potrvá v průměru dva až tři měsíce. Do myši nejprve musíme vložit myší nebo lidskou nádorovou linii a počkat, než nádor vyroste do určité velikosti (to trvá několik dní až měsíc). Následně začínáme aplikovat léčebnou látku a pozorujeme růst nebo zmenšení nádoru, obvykle 20 až 80 dní podle typu nádoru a myšího modelu. V pacientských PDX modelech trvá nárůst nádoru na myši i v řádu měsíců. U humanizovaných myší se zase délka experimentu odvíjí od toho, že do ní vkládáte buňky lidského imunitního systému, čímž vzniká pro myš další riziko a potenciální zkrácení testování.

Bezpečnost především

V těchto případech sledujete účinnost terapie. Jak dlouho pak trvá zkoumání bezpečnosti látek?

Bezpečnost sledujeme v rámci toxikologické studie, která v průměru může trvat půl roku, ale i déle. Zvláště u léků pro dětskou populaci se sleduje i vliv látky na pohlavní orgány, čímž se sledování prodlužuje v řádu měsíců. Některé studie zase sledují farmakokinetiku (zkoumá osud léčiv v organismu, pozn. red.) a metabolismus léku a ty se většinou pohybují v řádu dnů až do jednoho měsíce. 

Během měsíců zjistíte ale spíše krátkodobé dopady. Co dlouhodobé dopady, které se mohou projevit třeba až za 10 let? 

Zvířata v toxikologických studiích se sledují nejen během léčby, ale v některých studiích i po jejím ukončení. Pokud během léčby nastaly nějaké vedlejší účinky typu horečky, poruchy srdečního rytmu nebo zvýšené jaterní hodnoty, tak pozorujeme, jestli vedlejší účinky po skončení léčby přetrvávají, nebo vymizí. To hodně napovídá, co se může dít u budoucího pacienta. U části zvířat se po skončení léčby patologové dívají na předem definované orgány, jestli došlo k nějakému poškození například srdečního svalu, ledvin, jater nebo plic. Jakékoliv známky zánětu, jakékoliv známky patologie, poškození či nefunkčnosti orgánu se zjišťují v observační periodě. 

Vedle zvířecích modelů začínáte také čím dál více využívat modely počítačové. V jakých případech a lze na nich opravdu ověřit bezpečnost a účinnost? Přece jen to nejsou živé organismy, které nějak reagují.

Současným trendem v klinickém testování je využívání různých počítačových modelů a využívá se především modelování farmakokinetiky a farmakodynamiky, tedy jak se konkrétní daná látka v organismu chová a jestli se její chování dá korelovat s účinností. Dále lze odhadnout na základě chemické struktury a podobnosti s jiným lékem, který už je v klinické praxi, jak se daná látka může chovat. Pak je možné také modelovat interakce léčivé látky s nějakým biologickým systémem – například vazba na cílové proteiny, metabolismus nebo distribuci látky v organismu –, což hodně pomáhá při výběru cílového kandidáta. Ze získaných experimentů si lze také namodelovat, jak by léčba vypadala na větší populaci a jak by se lék mohl chovat u pacienta. Počítačové modely mohou snížit množství experimentů in vitro a in vivo. Tady modelování může pomoct. Stále je to ale jen modelování a nemusí přesně odrážet, jak funguje živý organismus. Modelování nepochybně pomáhá urychlit vývoj léků a snížit náklady a počet testovaných zvířat.

Kolik zvířecích modelů je potřeba na otestování jedné molekuly?

Pro schválení klinických fází studií existují nařízení a doporučení regulačních úřadů, které dané testování v klinických fázích na pacientech schvalují. Množství modelů se odvíjí od typu vyvíjené molekuly, počtu cílových indikací, zda se lék testuje jako monoterapie nebo v kombinaci s jiným lékem a zda existují vhodné modely. Svoji roli hraje i cena, která není zanedbatelná. Bohužel testování na zvířecích modelech je stále nezbytné pro stanovení možných toxických účinků testovaných látek pro pacienty a stanovení účinnosti dané látky.  Hlavním cílem je vždy bezpečnost pacienta, a zvláště po conterganové aféře, kdy se rodily děti s deformacemi končetin (Thalidomid – obchodní název Contergan – byl od 50. do začátku 60. let 20. století používán ve 46 státech jako uklidňující a uspávací látka pro těhotné ženy. V krátkém časovém úseku následovalo několik set porodů dětí s chybějícími končetinami nebo ušima, pozn. red.) se kritéria bezpečnosti hodně zpřísnila. 

A v případě účinnosti látky?

Opět záleží na mechanismu účinku látky a na myším modelu. Většinou testujete jednu až tři koncentrace látky, protože musíte otestovat dávkování, a navíc se používá srovnávací molekula, vůči které účinnost dané látky srovnáváte. Na jeden experiment tak potřebujete několik experimentálních skupin myší, pět myší na skupinu. Na druhou stranu toto testování pomáhá určovat, který pacient je pro danou léčbu vhodný a který ne, což je strašně důležité, a to jak z hlediska bezpečnostního, tak etického. Nemá smysl dávat léčbu pacientovi, o kterém víme, že mu léčba nepomůže. Každý lék má nějaké vedlejší účinky a my s nimi musíme počítat. A právě v translačním módu si můžete určit, kteří pacienti jsou k léčbě v rámci klinické studie vhodní. 

Obecně imunoterapie a cílená terapie nefungují u všech pacientů, ale jen u určité skupiny pacientů, kteří mají v nádoru nebo krvi určité prediktivní vzory neboli biomarkery. Translační věda má za úkol tyto prediktivní vzory najít. Pacienti, u kterých na základě odběru biopsie nádoru nebo krevních testů víme, že tyto prediktivní biomarkery mají, mohou vstoupit do klinické studie. Obzvláště důležité je to u vývoje léku pro relativně raritní indikaci, kdy je pacientů málo a špatně se do klinické studie nabírají. Představte si, že se molekula, na kterou je léčivo zamířené, vyskytuje v dostatečném množství v nádoru jen u 20 % pacientů. V tomto případě jen jeden z pěti otestovaných pacientů bude vhodný pro zařazení do klinické studie. Jenže takové testování něco stojí a zabírá obrovské množství času. Takže čím více víte, co chcete, tím lépe dokážete najít vhodné pacienty a rychleji a levněji je do klinické studie nabrat. 

Co vyžaduje přechod z preklinické fáze zkoumání nového léku do fáze klinické? Podle čeho se vybírá, na který nádor či nemoc se zrovna výzkum zaměří? Kteří pacienti jsou vybíráni do klinických studií jako první? Na tyto a další dotazy odpovídala v druhé části rozhovoru Lenka Palová Jelínková.

Autorka: Pavlína Zítková

Foto: užito se souhlasem Lenky Palové Jelínkové