Bases Científicas dos Métodos Alternativos ao Uso de Animais

Bases Científicas dos

Métodos Alternativos ao Uso de Animais

Eduardo Pagani MD PhD

Gerente de Desenvolvimento de Fármacos do LNBio

Coordenador da RENAMA no LNBio

Talidomida introduzida em 1957 como antiemético

para gestantes sem ser testada em humanos.

Por que desenvolver e implementar

métodos alternativos ao uso de animais?

• Ética

• Economia de:

– Recursos

– Tempo

Out-of-Pocket and Capitalized Costs

per Approved Drug

121 336 282 466 403 802 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Millions of 2 0 0 0 $

Preclinical Clinical Total

Out-of-Pocket Capitalized

O raciocínio toxicológico clássico

• Cumpriu seus objetivos mas,

• Apresenta problemas éticos;

• Consome muito tempo e dinheiro;

• Apresenta limitações para a predição de risco:

– Supervaloriza a segurança em detrimento do acesso. – Não é adequado para idiossincrasias.

– Evoluiu pouco nas últimas décadas principalmente em função de implicações regulatórias.

Quais as iniciativas em curso para

métodos mais baratos, mais

Métodos in silico

• Simulações feitas por computador

• Avalia propriedades farmacológicas por

comparações com substâncias já conhecidas

• Utiliza extensas bases de dados disponíveis

• É rápido e barato

Development of a Successful New Drug

(Total Cost ~$900 mm)

Fonte: Tufts University - 2003

Depósito da Patente

Lipinski, C.A. et al. (1997) Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings. Adv. Drug Deliv. Rev. 23, 3–25

MetaDrug™

• Mecanismo de ação, toxicidade e efeitos em outros alvos,

• Banco de dados com mais de 600.000 compostos

• Prediz os metabólitos gerados com base em regras empíricas.

ACD/Toxicity

• Predição de efeitos nos sistemas: cardiovascular, digestório,

urinário, hematopoiético, respiratório e endócrino.

• Predição de genotoxicidade

• Predição da interação com o canal de potássio (hERG) –

(toxicidade cardiovascular).

MetaDrug

Tanimoto prioritization

(TP), a maior similaridade estrutural com alguma molécula do set de treinamento.

ACD/Labs Percepta

Predictors

Other PhysChem Descriptors

ADME Modules

Blood Brain Barrier Permeation Cytochrome P450 Inhibitors Cytochrome P450 Substrates Distribution

Maximum Recommended Daily Dose Oral Bioavailability Passive Absorption P-gp Specificity PK Explorer Regioselectivity of Metabolism Toxicity Modules Acute Toxicity Aquatic Toxicity

Endocrine System Disruption Genotoxicity

Health Effects hERG Inhibition

1- Vias de Toxicidade

Tox21

A maioria das toxinas conhecidas

age em poucas vias:

• A maioria das hepatotoxinas atua na apoptose induzida pelo TNF. • Muitas neurotoxinas interferem com o metabolismo do cálcio.

• Muitas imunotoxinas interferem com o receptor Aryl Hydrocarbon (AhR) linfocitário.

• Muitas substâncias que interferem com o sistema endócrino se ligam a receptores esteroidais.

• A maioria das interações medicamentosas ocorre por interferência com o citocromo P450.

• Muitos compostos mutagênicos possuem grupos aldeídos ou são metabolizados em substâncias que os possuem.

Leist M, Hartung T, Nicotera P. The dawning of a new age of toxicology. ALTEX. 2008;25(2):103-14. PubMed PMID: 18551234.

Toxicology in the 21st Century (Tox21)

• Federal collaboration between NIH, EPA and FDA.

• Aimed at developing better toxicity assessment methods.

• Established in 2008, on Pathways of Toxicity (PoT) concept.

• Completed HTS in 2800 compounds > 50 assays. • Data published at PubChem and ToxCast.

• The second phase is testing 10,000 compounds at NCGC.

• Consortium partners will develop a range of secondary and tertiary follow-up assays to further define and characterize activities identified in initial high-throughput screens.

Pele Humana Reconstituída

Métodos Alternativos Validados - OECD

• Absorção pela Pele

– Test No. 428; 23 Nov 2004: Skin Absorption: In Vitro Method

• Corrosão da Pele

– Test No. 430; 26 July 2013: In Vitro Skin Corrosion: Transcutaneous Electrical Resistance Test Method (TER)

– Test No. 431; 26 July 2013: In Vitro Skin Corrosion: Reconstructed Human Epidermis (RHE) Test Method – Test No. 435; 17 Aug 2006: In Vitro Membrane Barrier Test Method for Skin Corrosion

• Irritação da Pele

– Test No. 439; 26 July 2013: In Vitro Skin Irritation - Reconstructed Human Epidermis Test Method

• Irritação Ocular

– Test No. 437; 26 July 2013: Bovine Corneal Opacity and Permeability Test Method for Identifying i) Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage

– Test No. 438; 26 July 2013: Isolated Chicken Eye Test Method for Identifying i) Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage

• Fototoxicidade

– Test No. 432; 23 Nov 2004: In Vitro 3T3 NRU Phototoxicity Test

• Genotoxicidade

Principais Áreas da Toxicologia Sistêmica

Alergia

• Direct Peptide Reactivity Assay (DPRA)

• KeratinoSens -

Nrf2/Keap1/ARE Pathway

Toxicidade Doses Repetidas

Toxicocinética & Farmacocinética

Cultura de Tecidos Humanos

Pele Humana Reconstituída

Pulmão

Videos

https://www.youtube.com/watch?v=S6t30-abqCY

Profissionais envolvidos

• Biólogos moleculares e celulares

• Microbiologistas

• Fisiologistas

• Farmacologistas

• Imunologistas

• Biotecnólogos

• BioEngenheiros

• Bioinformatas

• Clínicos

In Vitro Testing Industrial Platform

Recomendations May, 2013

• Industry and regulatory bodies should not wait for complete

suites of alternative tests to become available, but should

begin working with methods available right now

• Share information (communication), harmonization and

standardization (coordination), commitment

• How alternative methods can be used in research and

development before formal implementation in regulations

should be considered.

Russell, W.M.S. and Burch, R.L.

The Principles of Humane Experimental Technique Methuen,

London, 1959

• Reduction: obtain comparable

information from fewer animals.

• Replacement: use of non-animal methods

whenever it is possible to achieve the

same scientific aims.

• Refinement: alleviate or minimize

potential pain, suffering or distress and

enhance animal welfare.

Obrigado!

eduardo.pagani@lnbio.cnpem.br