The MoAb in the pipeline

1. Corso di Immunologia molecolare The MoAb in the pipeline Valentina Spaziani

2. SOMMARIO • I Parte :Dalla ricerca ai trial clinici. • II Parte :MoAb in fase iniziale di sperimentazione

3. Dalla ricerca ai trial clinici Per trasformare una sostanza farmacologicamente attiva in una scatoletta di pillole o di fiale, sono necessari circa 350 milioni di dollari!!! Si comincia con le ricerche di base in «librerie chimiche», che utilizzano la bioingegneria e le conoscenze sul genoma dell’uomo e dei microrganismi contenenti migliaia di molecole Solo quando la nuova molecola si dimostra efficace e senza effetti collaterali, si può passare agli esperimenti sugli uomini. Cominciano così i trial clinici. Spesso, soprattutto quando i farmaci in commercio non hanno più effetto, i pazienti con gravi patologie fanno di tutto per entrare in questi studi • Bioingegneria:

4. Indagini Farmacologiche • Determinazione delle caratteristiche farmacologiche delle molecole : • Indagini pre-cliniche • Indagini cliniche • Studi pre-clinici: Determinano le caratteristiche farmacologiche delle molecole, mediante studi in vivo ed in vitro. Vengono condotte Indagini di: • Farmacocinetica, • Farmacodinamica, • Tossicologia. • Attivita’ teratogena mediante studi di tossicita’ fetale in animali gravidi valutando le anomalie, il peso e il numero di feti nati morti; • Mutagenesi in vitro su microrganismi (es.Salmonella Typhimurium) • Cancerogenesi • Stabilita’ chimica delle molecole • Formulazione del dosaggio ottimale per iniziare a sperimentare sull’uomo. Gli studi pre – clinici durano in media dai 2 ai 5 anni ed al termine di essi meno del 50% delle molecole provate passa alla sperimentazione sull’uomo • Studi clinici: sono suddivisi in 4 fasi principali finalizzate a dimostrare : Efficacia & Tollerabilita’ Le prime tre fasi vanno dalla somministrazione all’uomo sino all’immissione in commercio del farmaco

5. Studi clinici:Fase I • Studi aventi scopi conoscitivi e non terapeutici • Condotta su volontari sani, usualmente in numero inferiore a 100 • Studio di tollerabilita’ della farmacocinetica, del metabolismo e della farmacodinamica. • Si somministrano inizialmente frazioni delle dosi usate sugli animali via via aumentando fino a determinare la dose massima tollerabile nell’uomo • Consentono di stabilire anologie e differenze con dati ottenuti negli studi pre-clinici, fornendo elementi predittivi sull’attivita’ terapeutica e sulla posologia da impiegare nell’uomo. Dura circa 1-2 anni ed il 50% delle molecole non lo supera. Se il Ministero della Sanita’ da’ il via libera alla fase II, la sperimentazione passa da pilota ad allargata http://www.3.unict.it/dfsc/trial.html

6. Studi Clinici: Fase II • La molecola viene somministrata per la prima volta ai pazienti per i quali era stata formulata. • Vengono coinvolti circa 200-400 pazienti volontari con lo scopo di delineare il profilo farmacodinamico(dose-effetto). I criteri di ammissione sono molto restrittivi allo scopo di costituire campioni di soggetti il piu’ possibile omogenei per dare una minore variabilita’ nella risposta. Gli studi in fase II si suddividono in: • Fase II a( studi orientativi, aperti, in pazienti selezionati in modo accurato per la malattia in cui il nuovo farmaco e’ elettivamente indicato, finalizzati all’identificazione del range delle dosi attive e della posologia ottimale tollerabile) • Fase II b (studi controllati in doppio cieco, finalizzati alla conferma, in condizioni sperimentali corrette, delle dosi terapeutiche, della posologia ottimale e della tollerabilita’ Al termine della sperimentazione di fase II solo 2-3 molecole restano come candidate alla sperimentazione su vasta scala. E di essi si analizzano parametri di tipo tecnico-economico (potenzialita’ del mercato e la producibilita’) É in questa fase che c’è il rischio di stop alla commercializzazione di quei farmaci con elevato potenziale curativo ma che servono ad un numero ristretto di pazienti ( farmaci orfani) http://www.3.unict.it/dfsc/trial.html

7. Studi Clinici: Fase III La fase III ha come scopo la verifica su larga scala dei dati emersi in Fase II per un’accurata determinazionedella efficacia terapeutica e della tollerabilità La molecola viene messa a confronto con il placebo ed altri farmaci di riconosciuta efficacia al fine di dimostrare il vantaggio terapeutico. Si saggiano schemi posologici per la commercializzazione, interazioni con altri farmaci Ricerche condotte in ambito universitario ed ospedaliero Si ricorre a metodi in doppio cieco con utilizzo di placebo. La durata della fase III è di 3- 4 anni. Se il farmaco supera questa fase si chiede l’autorizzazione all’immissione al commercio (AIC) http://www.3.unict.it/dfsc/trial.html

8. Fase IV • Include gli studi sperimentali e osservazionali post –marketing • Avviene la farmacovigilanza con la segnalazione di reazioni impreviste • È quindi importante continuare la sorveglianza delle reazioni avverse dopo l’autorizzazione dell’impiego clinico. http://www.3.unict.it/dfsc/trial.html

9. http://www.3.unict.it/dfsc/trial.html

10. Epratuzumab (hLL2) • E’ una IgG1 monoclonale umanizzato anti CD22 • Il CD22 proteina transmembrana è espressa dall’85% delle neoplasie a cellule B. Essendo presente esclusivamente sui linfociti B maturi, questo antigene rappresenta un buon candidato per un utilizzo per l’immunoterapia. • E’ attualmente in fase di sperimentazione clinica per trattamenti di patologie quali: Malattie autoimmuni : -Lupus -Sindrome di Sjrogher Linfomi non Hodking (NHL);

11. EPRATUZUMAB *http://www.immunomedics.com/5clinical/clinical_pipeline.html

12. Silo-glicoproteina a singola catena MW di 130-140 kDa Possiede 7 domini di struttura immunoglobulinica (Ig-like) Il dominio N-terminale è Ig del tipo V Altri 6 domini Ig del tipo C2 . Il dominio citoplasmatico include 6 tirosine che sono possibili bersagli di fosforilazione. Regioni della coda intra-citoplasmatica presentano omologia con i ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motifs) e altri con ITIM (Immunoreceptor Tyrosine-based Inhibition Motifs) ITIM - like ITAM EPRATUZUMAB CD22 Struttura [1] V-set dominio legante l’acido sialico C- set dominio immunoglobulinico Dominio legante GRB2 CITOSOL CD22 or Siglec-2

13. EPRATUZUMAB BCR(B-Cell Receptor) • Il CD22 appartiene alla classe di recettori di membrana che modulano l’attivazione di BCR (B cell receptor) e ne è costitutivamente associato www.crystal.harvard.edu/structures.php

14. EPRATUZUMAB • L’attivazione di BCR scatena segnali di fosforilazione a cascata che evolve nella via di MAPK e di AKT Sopravvivenza Proliferazione Apoptosi Fosfatasi di traslocazione • CD22 regolatore a feedback negativo anti apoptotico perché blocca la fosforilazione di BCR Monroe Nature Reviews Immunology6, 283–294 (April 2006) | doi:10.1038/nri1808

15. Epratuzumab si lega al CD22 nel dominio extracellulare con alta affinità causando una rapida internalizzazione di hLL2/CD22 all’interno della cellula All’interno della cellula induce fosforilazione delle code del CD22 La fosforilazione delle tirosine site sulla coda dell CD22 induce legame crociati con BCR tramite ls fosfatasi di traslocazione SHP-1 Che porta ad un feedback positivo con segnale apoptotico attivo Poichè la caratteristica di CD22 è la capacità di traslocare rapidamente dal citoplasma alla superficie cellulare, dopo legame con l’ anticorpo e successiva internalizzazione si ha una riduzione del numero di siti di legame CD22 sulla superficie della cellula References [ 3 ] EPRATUZUMAB

16. Epratuzumab Reference [ 3 ] • È possibile osservare l’internalizzazione del recettore Epratuzumab/CD22 tramite l’anticorpo FITC e un microscopio confocale WT FITC-Epratuzumab permette l’osservazione delle vescicole endocitotiche

17. EPRATUZUMAB Reference [ 2 ] ?

18. EPRATUZUMAB Reference [2, 4 ] NHL I pazienti trattati rispondono maggiormente a dosi di epratuzumab nel range da 360 a 480 mg/m 2. La citotossicità cellulare è maggiore in combinazione di epratuzumab + rituximab

19. In Conclusione EPRATUZUMAB Reference [ 3 ] • Epratuzumab originato dalla “Immunomedics inc” è un IgG1 totalmente umanizzato diretto contro CD22 • Sembra possedere un ruolo, nell’apoptosi e nell’arresto della crescita cellulare. • Il motivo della non sicurezza di questi ruoli sta nella proprietà di CD22 di avere molte interazioni con molteplici ligandi. • È attualmente ancora in fase di studio.

20. Zanolimumab (HuMax-CD4) • E’ un anticorpo monoclonale di tipo IgG1 diretto contro il CD4+ che è espresso nei linfociti e in misura minore nei macrofagi. HuMax-CD4 compete con l’interazione tra il recettore CD4 e la molecola MHC di classe 2 e qualche volta interagisce con l’attivazione delle cellule T • Dati recenti dimostrano la morte delle celule attraverso la citotossicità cellulare anticorpo-dipendente (ADCC). Zanolilumab non induce citotossicità dipendente dal complemento (CDC) in vitro. Viene impiegatocome farmaco immunosoppressivo nel trattamento di: • Psoriasi • Artrite reumatoide (RA) • Cutaneous T-cell lymphoma (CTCL): -mycosis fungoides (MF). -Sezary sindrome (SS) • Noncutaneous T-cell lymphoma (NCTCL).

21. From Alberts ZANOLIMUMAB CD4 • molecola transmembrana glicoproteica di 55 KDa; • 4 domini extracellulari di tipo Ig-like. • coda terminale citoplasmatica Aumenta l’attivazione antigene mediata delle cellule aumento dei segnali di trasduzione dei recettori delle cellule T (attivazione di Zap70 trascrizione di IL-2, proliferazione, differenziazione MAPK AKT

22. ZANOLIMUMAB TCR (T Cell Receptor) • Eterodimero formato da ponte di-solfuro che tiene unite le catene alfa e beta che riconoscono i complessi MHC-Peptide • I complessi TCR ed i corecettori vengono aggregati dal riconoscimento dell’antigene • Fosforilano i residui di tirosina dei domini ITAM • Attivazione delle chinasi ZAP-70 • Stimolazione di vie di trasduzione (NFAT, NfkB e AP-1) che culminano nella modificazione dell’espressione genica nei linfociti T. From Lapenta’s slides

23. ZANOLIMUMAB From Lapenta’s slides

24. Zanolilumab si lega al CD4 e media il suo effetto attraverso 5 meccanismi potenziali tutti i quali hanno effetto di sotto regolazione dell’attivazione delle cellule T entrambi con deplezione o inibizione della loro attivazione: 1° una effettiva citotossicità cellulo-mediata anticorpo-dipendente (ADCC) che media la deplezione del CD4+ delle cellule T ( in particolare le cellule CD45RO+ della memoria ) 2° un ingombro sterico della interazione tra il complesso CD4/TCR sulle cellule T e della molecola MHC di classe 2, sulle cellule presentanti l’antigene (APC) 3° Dis-accoppiamento del meccanismo recettoriale delle cellule T da un segnale co-stimolatorio obbligatorio del CD4 prodotto dal sequestro del p56 lck (pk) 4° Segnale inibitorio diretto mediato attraverso DOK-1 e SHIP-1 che inibiscono l’attivazione di AKT/PKB 5° Modulazione di CD4. ZANOLIMUMAB References [5]

25. ZANOLIMUMAB Il bersaglio dell’anticorpo monoclonale anti CD4 delle cellule T viene utilizzato a scopo terapeutico in pazienti affetti da malattie indotte da un’ inappropriata attivazione del CD4 o in cellule T CD4+ maligne. Zanolimumab (human CD4,Merck Serono,Geneva,Switzerland ) originato dalla Medarex Inc

26. Zanolimumab Reference [ 5, 6, 7 ] *cutaneous T-cell lymphoma (CTCL)

27. Zanolimumab References [5] Psoriasi Fig. 1 (E/E) Fig 2 (Ki-67)

28. Reference [ 7 ] CTCL • 15 % grado di risposta • 50% “ “ • 75 % “ “ • 25% grado di risposta • 20 % “ “ ss MF

29. In Conclusione Zanulimumab • Nel mese di aprile 2005, e Genmab United States Food and Drug Administration (FDA) ha raggiunto un accordo in merito alla concezione del suo studio pivotal protocollo per HuMax CD4 - per il trattamento di CTCL sotto il processo di valutazione protocollo speciale (ZPS). • Nel marzo del 2004, ha annunciato che Genmab HuMax - CD4 era stato designato un Fast Track prodotto dalla US Food and Drug Administration (FDA). Questa denominazione comprende i pazienti con CTCL per i quali non esiste una terapia disponibile, e hanno fallito almeno due regimi di trattamento sistemico. • HuMax CD4 - per il trattamento di MF è stato concesso lo status Orphan Drug negli Stati Uniti e in Europa. • HuMax - CD4 è in fase di sviluppo sotto una collaborazione con Serono. www.genmab.com

30. Ustekinumab (CNTO 1275) • Ustekinumab è un anticorpo monoclonale, che ha come target la subunita p40 dell’ interleuchina12( IL-12 ) e dell’interleuchina 23 ( IL-23 ). . • Ustekinumab CNT1275 è stato sviluppato da Medarex’s Ultimab® tecnology, Per il potenziale trattamento di malattie di origine infiammatoria come • Psoriasi • Artrite psoriasica • Sclerosi Multipla (MS) • Sindromi di Crohn (CD).

31. IL-12 www.ebi.ac .uk IL-12 Ustekinumab • IL-12 è una citochina prodotta da macrofagi attivati e cellule dendritiche • Il suo recettore è presente su linfociti T ; • Modula l’ attivazione dei linfociti T-helper; • Producono IL-2 e TNF-alfa citochine svolgono un importante ruolo nel sistema immunitario, e sono coinvolte nelle malattie infiammatorie mediate dal sistema immunitario From Fiorito’s slides

32. Ustekinumab *Dati Xagena_2007

33. Ustekinumab In conclusione • Ustekinumab è un anticorpo monoclonale, che ha come target l’interleuchina 12 ( IL-12 ) e l’interleuchina 23 ( IL-23 ), citochine che svolgono un importante ruolo nel sistema immunitario, e che sono coinvolte anche nelle malattie infiammatorie mediate dal sistema immunitario.E’ stato anche osservato che il trattamento con Ustekinumab migliora la qualità di vita dopo 4 settimane nei pazienti trattati con i 2 dosaggi di Ustekinumab.Alla quarta settimana, si ha un netto miglioramento come riportato dell’indice DLQI ( Dermatology Life Quality Index )

34. Golimumab (CNTO 148) Golinumab (CNTO148)è un anticorpo monoclonale umanizzato che ha come bersaglio il Fattore di necrosi tumorale (TNFα) Il TNF-alpha è una citochina prodotta dal sistema immunitario innato, come i macrofagi, in risposta alle infezioni o a danno tissutale. Questa citochina pro-infiammatoria si lega a recettori di superficie e attivaNFK-kB proteine latenti che attivano la trascrizione di geni che si trovano al centro di molte risposte infiammatorie Possiede un ruolo critico nella patogenesi dell’artrite reumatoide • ,

35. TNFα www.ebi.ac .uk TNF-Alfa • citochina prodotta dai macrofagi, linfociti Th1, cellule NK… • l’ IFN-ɣ (prodotto dai linfociti Th1) ne stimola la produzione da parte dei macrofagi • induce le cellule endoteliali ad esprimere molecole di adesione per favorire la diapedesi di cellule immunitarie (soprattutto neutrofili, che rilasciano ROS ed enzimi proteolitici dannosi per i tessuti) • E’ responsabile di infiammazione e danno tissutale TNFα-citochina prodotta dai macrofagi, linfociti Th1, cellule NK From Fiorito’s slides

36. Trimero di TNF-α Recettore del TNF-α TRADD RIP TRAF2 IKKK attiva IKKK inattiva ŷ ŷ ۱ŷ ۱ŷ p α α β β IKK-β attivata Segnale di localizzazione nucleare P P Coattivatore IκB NF-κB Ubiquitinazione e degradazione di IkB nei proteasomi DNA Trascrizione geni bersaglio Reclutamento ed attivazione di IKKK Fosforilazione ed attivazione di IKK da parte di IKKK attivata Fosforilazione di IκB Migrazione di NF-kB nel nucleo IκB chinasi (IKK)

37. Artrite Reumatoide L’artrite reumatoide è una malattia infiammatoria cronica debilitante che provoca dolore, tumefazione, rigidità e danno funzionale alle articolazioni. I segni e sintomi dell’artrite reumatoide comprendono: • infiammazione articolare, • edema, • difficoltà di movimento e dolore. Le articolazioni colpite con maggiore frequenza sono quelle delle mani e dei piedi

38. L’artrite reumatoide colpisce più di 9,7 milioni di persone in tutto il mondo; secondo l’Organizzazione mondiale della Sanità (OMS), nella prossima decade l’artrite reumatoide andrà incontro in Europa a un aumento dell’incidenza legata all’invecchiamento dellapopolazione • Farmaco in uso Metatrexate Fino al 50 % • Uso combinato Golimumab e metatrexate *dati American College of Rheumatology

39. In conclusione • Il nuovo anti-TNF alfa ha migliorato in maniera stabile segni e sintomi dell’artrite reumatoide da moderata a grave; al controllo dopo un anno, un terzo dei pazienti era in stato di remissione clinica. I dati a un anno dimostrano che circa il 75 % dei pazienti con artrite reumatoide da moderata a grave trattati con golimumab (CNTO 148) e metotrexate hanno raggiunto e mantenuto un miglioramento almeno pari al 20 % nella sintomatologia artritica • Lo stesso studio ha inoltre dimostrato che in media più di un terzo di questi pazienti, valutati con il Disease Activity Score 28, raggiungeva a un anno la remissione della malattia • Golimumab è un anticorpo monoclonale anti TNF-alfa totalmente umano che si lega e neutralizza sia il TNF-alfa solubile sia quello di membrana. Sviluppato da Centocor e Schering-Plough, golimumab è somministrabile sia per iniezione sottocutanea sia per infusione endovenosauna iniezione al mese ed una ogni 12 giorni di circa 30 minuti ognuna.

40. Tremelimumab (CP-675,206) • Anticorpo monoclonaledi tipo IgG2, umanizzato specifico per la citotossicità dei linfociti T associati all’antigene (CTLA-4 linfociti T associati all’antigene 4 ) • Viene impiegato in clinica per pazienti che presentano: • Melanoma localizzato • Melanoma con metastasi con buoni risultati.

41. From Alberts TREMELIMUMAB CTL-4 • CTLA-4 (citotossicità associata all’ antigene 4) è una proteina di superficie che agisce inibendo la segnalazione intracellulare dopo l’attivazione della cellula T.Si lega a proteina B7 sulla superficie della cellula APC ( presentante l’antigene)bloccando il processo di attivazione delle cellule T necessarie per quasi tutte le rispoate immunitarie adattative. • Quando Tremelimumab si lega competitivamente con CTL-4 con maggior affinità rispetto a B7 vi è un aumento di cellule T attive che vanno incontro a proliferazione e differenziamento cellule T effetrici

42. TREMELIMUMAB Aumento cellule T attivate www.TheOncologist.com

43. TREMELIMUMAB Reference [8] CTL-4 può essere espressa sulla superficie di cellule di melanoma L’Ab che blocca il CTL-4 può condurre a morte cellulare per apoptosi o per ADCC (citotossicità cellulare mediata da Ab) Tremelimumab è presso la casa farmaceutica “Pfizer”, in fase di studio anche se in modo discontinuo a causa di trombocitopenia transiente nei pazienti volontari

44. TREMELIMUMAB Reference [8]

45. Tremelimumab Reference [8]

46. Tremelimumab In conclusione • L’anticorpo monoclonale totalmente umanizzato tremelimumab risulta avere attività antitumorale in molti pazienti • In particolare lmab anti CTL-4 circolante produce una maggior risposta immunitaria adattativa. • I trial clinici sono tutt’ora in fase di studio.

47. Ofatumumab (HuMax-CD20 ) Genmab and GlaxoSmithKline • HuMax-CD20® è un anticorpo monoclonale totalmente umanizzato con alta affinità verso il CD20 molecola presente sulla membrana cellulare dei linfociti •   HuMax-CD20 viene impiegato per il trattamento di : • Non-Hodgkin's lymphoma (NHL), • Chronic lymphocytic leukemia (CLL), • Rheumatoid Arthritis (RA) • Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL)

48. Ofatumumab CD20 • Presente sui linfociti B • MW 35kDa • Proteina non glicosilata • 4 domini transmembrana • N e C terminale sono intracellulare. • Non viene internalizzada dopo legame con l’Ab • . • Funzioni: • Differenzazione e attivazione dei linfociti, • regolazione del ciclo cellulare • - canale del calcio From Bagatto’s Slides

49. Reference [ 8 ] Ofatumumab • Il CD20 é riscontrato in circa il 90% dei linfomi a cellule B ed anche in altri tumori di tipo linfoide che originano dai linfociti. • CD20 appartiene alla famiglia MS4A di cui si conoscono almeno 12 membri espressi nell'uomo, • Le proteine di questa famiglia sembrano funzionare come canale del calcio ma il loro ruolo fisiologico è sconosciuto. • CD 20 appare sui linfociti B allo stadio maturativo pre-B e scompare durante la differenziazione terminale dei linfociti B a plasmacellula. Quindi i linfociti B immaturi e quelli maturi nonché le cellule B della memoria esprimono tutte il CD20

50. Ofatumumab .