Białka terapeutyczne. Dr hab. Daniel Krowarsch Wydział Biotechnologii Uniwersytet Wrocławski

Transkrypt

1 Białka terapeutyczne Dr hab. Daniel Krowarsch Wydział Biotechnologii Uniwersytet Wrocławski Wrocław,

2 Kwas acetylosalicylowy - aspiryna, polopiryna Wzór sumaryczny: C 9 H 8 O 4 Kwas acetylosalicylowy po raz pierwszy otrzymał w roku 1853 francuski chemik Charles Frédéric Gerhardt

3 Kwas askorbinowy - witamina C Wzór sumaryczny: C 6 H 8 O 6 W 1928 roku Szent-György uzyskał z wyciągów z nadnerczy, kapusty i pomarańczy związek, który wykazywał właściwości oksydoredukcyjne - witaminę C

4 Ibuprofen - ibuprom Wzór sumaryczny: C 13 H 18 O 2 Ibuprofen opracowany został przez firmę Boots, w początkach lat 60 XX wieku

5 Insulina Wzór sumaryczny: C 535 H 841 N 143 O 153 S 8 Ilość atomów: Ilość aminokwasów: 51 Stężenie w krwi: ng /ml pmol/l Insulina została odkryta w 1922 przez Fredericka Bantinga i jego asystenta Charlesa Besta

6 13 nm Przeciwciała Wzór sumaryczny: C 1575 H 2459 N 411 O 482 S 16 Ilość atomów: Przeciwciała zostały odkryte na przełomie XIX i XX wieku. W roku 1890 Emil Behring i Kitasato Shibasaburo opisali zbawienny wpływ surowicy zwierząt zakażonych krztuścem na chorych ludzi

7 Czynnik VIII globulina antyhemofilowa (AHG), czynnik antyhemofilowy(ahf), czynnik płytkowy I Wzór sumaryczny: C 7812 H N 2090 O 2283 S 64 Ilość atomów: W 1937 r. amerykańscy naukowcy A.J. Patek i F.H.L. Taylor odkryli globulinę antyhemofilową - czynnik krzepnięcia VIII

8 Budowa białek Łańcuch polipeptydowy Aminokwasy Aminokwasy Aminokwasy

9 Jane i David Richardson Advances in Protein Chemistry 1981

10 mioglobina Struktury przestrzenne białek

11

12 Zdjęcia przeciwciał wykonane w mikroskopie elektronowym Nature 2012

13 Od kryształu do struktury

14 Kryształ o wymiarze 0,5 mm 3 zawiera około cząsteczek

15 NMR: Od widma do struktury A B C G D E F H I C G H D F E A B J I 2D Homonuclear Spectrum of NusB J 5hck Human Hematopoetic Cell Kinase

16 John Kendrew, struktura mioglobiny, 1957 r.

17 Max Perutz (po lewej) z modelem hemoglobiny oraz John Kendrew z modelem mioglobiny, 1962 r.

18 James D. Watson i Frances H.C. Crick, struktura podwójnej helisy DNA, 1953 r.

19 Przeciwciała

20 Białka

21 Organizacja proteomu człowieka około 1x10 14 komórek 250 typów komórek łączna szacowana ilość białek różnych białek w każdej komórce od kilku do kilku milionów kopii danego białka w komórce (większość białek w komórce to białka konstytutywne występujące w ponad kopii) kilkadziesiąt-kilkaset białek specyficznych dla danego typu komórki lub tkanki Całkowita ilość białek w organizmie ok. 14 kg Dzienny obrót białek 350 g

22 Budowa komórki

23 Struktura cytoplazmy Rysunek jest przybliżonym powiększeniem ilustrującym tłok panujący w cytoplazmie. Pokazane są tylko makrocząsteczki: RNA przedstawiono kolorem niebieskim, rybosomy zielonym a białka czerwonym. Enzymy i inne makrocząsteczki dyfundują w cytoplazmie stosunkowo powoli, częściowo dlatego, że oddziałują one z wielu innymi makrocząsteczkami; natomiast małe cząsteczki dyfundują prawie tak szybko, jak to się dzieje w wodzie.

24 Białka mg/ml RNA mg/ml 20-30% objętości komórki stanowią makrocząsteczki płytki krwi: 350 mg/ml hemoglobiny krew: 80 mg/ml białka

25

26 Insulina Insulina została odkryta w 1922 przez Fredericka Bantinga i Charlesa Besta (nagroda Nobla w 1923 r.) W 1955 r. Frederick Sanger ustalił sekwencję aminokwasową insuliny (nagroda Nobla w 1958 r.) W 1963 roku zsyntetyzowano insulinę chemicznie W 1969 Dorothy Crowfoot Hodgkin za pomocą krystalografii rentgenowskiej ustaliła budowę przestrzenną insuliny (nagroda Nobla w 1964 r.)

27 Jak działa insulina

28 Sygnalizacja komórkowa z udziałem insuliny

29 Jak ilość insuliny potrzebna jest do leczenia? Ilość chorych na świecie: 382 mln Koszty leczenia: 548 mld $ w 2013 r. (11% całkowitych wydatków na leczenie) Dawkowanie insuliny: 0,1-3 mg / dzień Produkcja z trzustek świńskich: 210 g insuliny z 1 tony materiału Światowa produkcja rekombinowanego białka w 2010 r kg Wartość sprzedaży: 16,7 mld $ w 2011 roku Główni producenci: Novo Nordisk (41%), Sanofi (32%) oraz Eli Lilly (20%)

30 Produkcja insuliny w bakteriach E. coli

31 Produkcja insuliny

32

33 Produkcja insuliny Eli Lilly, fermentory o objętości l

34

35 Krzepnięcie krwi Skrzep

36 Hemofilia Hemofilia A - niedobór VIII czynnika krzepnięcia krwi (czynnika antyhemolitycznego) Hemofilia B - niedobór IX czynnika krzepnięcia krwi (czynnika Christmasa) Hemofilia C - niedobór XI czynnika krzepnięcia krwi (czynnika Rosenthala) Łączna częstość hemofilii A i B w populacji wynosi około 1: Leczenie: preparaty krwiopochodne rekombinowane białka Koszty leczenie do $ na osobę

37 Hemofilia A - F VIII 2332 aminokwasy Hemofilia B - F IX 415 aminokwasy

38 Komórki CHO

39 Produkcja do 300 g/rok, wartość sprzedaży do 1 mld $ rocznie (dane za 2007 r.)

40 Jak działają przeciwciała Limfocyty B 1. fragment wiążący antygen 2. region Fab 3. region Fc

41 Jak działają przeciwciała

42 Jak działają przeciwciała

43 Przeciwciała na toksyny: toksyna tężcowa (Clostridium tetani) jady węży Jak działają przeciwciała

44 Otrzymywanie przeciwciał

45 Markery procesu nowotworowego

46 Przeciwciała przeciwnowotworowe

47 Herceptyna Komórki nadprodukujące białko HER2 Majtanzynoid DM1

48 Przeciwciała w terapii

49 Test ciążowy hcg lub HCG (z ang. human chorionic gonadotropin) Gonadotropina kosmówkowa - hormon produkowany w trakcie ciąży przez zarodek, a potem przez łożysko

50 Proces wprowadzania nowego leku Odkrycie (2-10) lat Testy przedkliniczne (laboratoryjne i na zwierzętach) Faza I zdrowych ochotników Faza II pacjentów Faza III pacjentów Zatwierdzenie Badania rynku rok Koszt wprowadzenia nowego leku do $

51 Liczba kandydatów na leki biotechnologiczne

52 Wartość rynku leków w 2012 r. około 857 mld $ Na rynku jest około 300 leków białkowych wartość rynku w 2013 r. 136,7 mld $ hormony peptydowe 50,4 mld $ przeciwciała 36,9 mld $

53 Leki białkowe o największej wartości sprzedaży Avastin, lek w terapii nowotworów okrężnicy, piersi, płuc, nerek; cel: VEGF; producent: Genentech/Roche; roczna sprzedaż: 6,3 mld $ Rituxan, lek w terapii białaczek, chłoniaków oraz chorób autoimmunologicznych; cel: CD20; producent: Biogen Idec / Genentech / Hoffmann-La Roche; roczna sprzedaż: 7 mld $ Herceptin, lek w terapii nowotworów piersi oraz żołądka; cel: HER2 (EGFR); producent: Roche; roczna sprzedaż: 6 mld Remicade, lek w terapii chorób autoimmunologicznych; cel: TNF; producent: Johnson & Johnson; roczna sprzedaż: 6,1 mld $ Humira, lek w terapii chorób autoimmunologicznych; cel: TNF; producent: AbbVie; roczna sprzedaż: 9,3 mld $ Dane za rok 2012

54