BIOTECHNOLOGIE ET INNOVATION PHARMACEUTIQUE

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1 BIOTECHNOLOGIE ET INNOVATION PHARMACEUTIQUE Professeur Pascale Cohen Département pédagogique des sciences biomédicales B de la Faculté de Pharmacie Université Lyon I

2 INTRODUCTION

3 DÉFINITION DES BIOTECHNOLOGIES OCDE (Organisation de Coopération et de Développement Economique): «les biotechnologies se définissent comme les applications des sciences et techniques àdes organismes vivants, qu il s agisse d éléments, de produits ou d échantillons, pour transformer les matériaux vivants ou non, dans le but de produire des connaissances, des biens et des services» Entre 2004 et 2007, tous les médicaments chimiques et biologiques ont fait appel à un moment ou àun autre de leur développement aux biotechnologies.

4 INNOVATION ET R&D PHARMACEUTIQUE Genomique BioInformatique Identification de cibles thérapeutiques Génomique fonctionnelle Proteomique Validation de la cible Medicinal Chem Chimie combinatoire Criblage à haut-débit Tests cellulaires Identification de molécules têtes de série Informatique moléculaire Optimisation des molécules Modèles animaux Pre Clinique Pharmaco Genétique. Phase 1 Phases 2 & 3 AMM Recherche Développement Préclinique Clinique

5 2. BIOTECHNOLOGIES ET INNOVATION PHARMACEUTIQUE

6 LES BIOTECHNOLOGIES BIOMÉDICALES INTERVIENNENT(1): -dans la conception des médicaments via l'identification de cible thérapeutique -dans le développement de médicaments àl'aide de réactifs issus de l'ingénierie génétique ou protéique -dans la production de médicaments issus d'organismes vivants ou de leurs composants cellulaires et dans la production de médicaments par génie génétique -dans la production de médicaments de thérapies innovantes

7 LES BIOTECHNOLOGIES BIOMÉDICALES INTERVIENNENT (2): -dans l'application des nanotechnologies aux médicaments -dans la découverte de nouveaux bio-marqueurs pour le diagnostic, pour le pronostic, pour la prédiction de réponse au traitement thérapeutique -dans la R&D et la production d'anticorps (monoclonaux, polyclonaux, recombinants)

8 LES BIOTECHNOLOGIES DANS LE MARCHE PHARMACEUTIQUE LEEM 2009

9 R&D DU MÉDICAMENT ET BIOTECHNOLOGIES Identification de nouvelles cibles thérapeutiques Génomique Techniques de criblage à haut débit Validation de la cible thérapeutique : génomique fonctionnelle Animaux transgéniques Identification du principe actif Criblage à haut débit Chimie combinatoire Optimisation de la molécule Production et développement pharmaceutique Synthèse chimique Hémisynthèse Biomédicaments: production de médicaments recombinants Mise sous forme pharmaceutique Médicament candidat Développement préclinique Essais cliniques Pharmacogénétique Pharmacogénomique MÉDICAMENT

10 IDENTIFICATION ET VALIDATION DE NOUVELLES CIBLES THÉRAPEUTIQUES

11 LA GÉNOMIQUE : LE HUMAN GENOME PROJECT GENBANK Salle de séquençage au Genopôle d Évry

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13 Ere Post-Génomique Identification des fonctions biologiques codées par les gènesg Identification de nouvelles cibles thérapeutiques

14 Génotype Phénotype ADN ARN messagers Protéines Transcriptome Protéome

15 Variations qualitatives et quantitatives du transcriptome cellulaire traitement pharmacologique stress spécification tissulaire état pathologique dynamique biologique mrna X1 AAAA mrna X2 AAAA AAAA mrna X3 AAAA sous expression AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA mrna X4 expression invariante sur expression Cellule ou tissu - état physiologique modifié

16 Cellules ou tissu humain État physiologique Cellules ou tissu humain État pathologique Exploration qualitative et quantitative de leur transcriptome ou de leur protéome Identification des variations d expression de gènes entre l état physiologique et l état pathologique cibles thérapeutiques candidates

17 Mesure qualitative et quantitative du transcriptome cellulaire = mesure des profils expression des gènes Technique génomique de criblage àhaut-débit: Les puces àadn

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19 Signal d hybridation proportionnel au niveau d expression du gène

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21 PLATE-FORME AGILENT PLATE-FORME AFFYMETRIX

22 ANALYSE DU TRANSCRIPTOME TISSU MAMMAIRE SAIN / CANCER DU SEIN Adénocarcinomes mammaires Tissus mammaires sains Niveau d expression

23 R&D DU MÉDICAMENT ET BIOTECHNOLOGIES Identification de nouvelles cibles thérapeutiques Génomique Techniques de criblage à haut débit Validation de la cible thérapeutique : génomique fonctionnelle Animaux transgéniques Identification du principe actif Criblage à haut débit de banques chimiques Chimie combinatoire Optimisation de la molécule Production et développement pharmaceutique Synthèse chimique Hémisynthèse Biomédicament : production de médicaments recombinants Mise sous forme pharmaceutique Médicament candidat Développement préclinique Essais cliniques MÉDICAMENT

24 VALIDATION DE LA CIBLE THÉRAPEUTIQUE PAR TRANSGÉNÈSE Création de modèles animaux expérimentaux pour étudier le gène candidat au niveau physiopathologique: Souris transgéniques Transfert du gène étudié Invalidation du gène étudié (souris Knock-out ou KO) Exploration de l impact de la surexpression du gène, donc de la protéine codée sur la physiologie de la souris Exploration de l impact de l extinction de l expression du gène, donc de la protéine codée sur la physiologie de la souris

25 PRINCIPES GÉNÉRAUX DE LA TRANSGÉNÈSE PAR MICRO-INJECTION

26 Adénocarcinome mammaire /tissu mammaire normal Cible thérapeutique (gène) candidate Souris transgéniques sur exprimant le gène candidat Est-ce que la surexpression du gène candidat est associée à un développement tumoral? Impact au niveau des différents tissus, en particulier niveau mammaire (souris femelles)?

27 R&D DU MÉDICAMENT ET BIOTECHNOLOGIES Identification de nouvelles cibles thérapeutiques Génomique Techniques de criblage à haut débit Validation de la cible thérapeutique : génomique fonctionnelle Animaux transgéniques Identification du principe actif Criblage à haut débit Chimie combinatoire Optimisation de la molécule Production et développement pharmaceutique Synthèse chimique Hémisynthèse Bio médicaments : production de médicaments recombinants Mise sous forme pharmaceutique Médicament candidat Développement préclinique Essais cliniques MÉDICAMENT Test sur de nouveaux modèles animaux

28 R&D DU MÉDICAMENT ET BIOTECHNOLOGIES Identification de nouvelles cibles thérapeutiques Génomique Techniques de criblage à haut débit Validation de la cible thérapeutique : génomique fonctionnelle Animaux transgéniques Identification du principe actif Criblage à haut débit Chimie combinatoire Optimisation de la molécule Production et développement pharmaceutique Synthèse chimique Hémisynthèse Biomédicaments : production de médicaments recombinants Mise sous forme pharmaceutique Médicament candidat Développement préclinique Essais cliniques MÉDICAMENT

29 LES BIO MÉDICAMENTS ISSUS DES BIOTECHNOLOGIES

30 MÉDICAMENT BIOTECH : POLYPEPTIDE OU PROTÉINE, ADN OU ARN EXISTANT NATURELLEMENT OU MODIFIÉ PRODUIT PAR INGÉNIERIE GÉNÉTIQUE OU PAR HYBRIDATION LYMPHOCYTAIRE ET EXPRIMÉDANS DES LIGNÉES CELLULAIRES, ANIMAUX OU PLANTES TRANSGÉNIQUES UTILISÉS EN THÉRAPEUTIQUE, PROPHYLAXIE OU DIAGNOSTIC IN VIVO

31 = Biomédicament = Médicament Biotech Récepteur Soluble LEEM 2008

32 STRATÉGIES POUR OBTENIR ET PRODUIRE DES PROTÉINES À VISÉE THÉRAPEUTIQUE Production de protéines à visée thérapeutique Extraction (tissus animaux ou végétaux) Hémisynthèse Génie génétique Difficultés: Risques sanitaires Contaminations Hémisynthèse difficile Coût élevé Rendement de production faible Protéines recombinantes

33 INGÉNIERIE GÉNÉTIQUE: = enzymes de restriction = ADN ligase Transfert de l information génétique à un hôte cellulaire

34 INGÉNIERIE GÉNÉTIQUE: PRODUCTION RECOMBINANTE DE PROTÉINES Principe : Identifier et isoler le gène codant pour la protéine d intérêt thérapeutique Replacer cette information génétique dans un contexte différent (vecteur) Transférer cette construction génétique à un hôte cellulaire Production de la protéine recombinante correspondante par la cellule Purification

35 INGÉNIERIE GÉNÉTIQUE: PRODUCTION RECOMBINANTE DE PROTÉINES Cellules hôtes = bactéries, levures, cellules d insectes, cellules de mammifères, Bio-usine Bioréacteurs

36 PRODUCTION DE PROTÉINES RECOMBINANTES Animaux transgéniques Molécule médicament Végétaux transgéniques

37 LE PREMIER MÉDICAMENT RECOMBINANT : INSULINE 1921: Travaux de Banting et Brest (Extraits pancréatiques) Utilisation insulines bovine et porcine 1955: Identification séquence de l insuline humaine Production synthétique: quantité insuffisante Production hémi-synthétique à partir d insuline animale (substitution aa) 1978: Production d insuline recombinante dans Escherichia coli NB: insuline retard

38 Pancreas humain Cellule productrice d insuline humaine PRODUCTION D INSULINE RECOMBINANTE PAR GÉNIE GÉNÉTIQUE ADN cellulaire Gène de l insuline humaine excisé Gène de l insuline placé dans un vecteur Les gènes ou fragments de gènes présents dans une espèce sont introduits Plasmde dans un organisme différent en utilisant le génie génétique Plasmide hybride réintroduit dans la bactérie Production bactérienne d insuline humaine

39 LES PROTÉINES RECOMBINANTES DANS LE MARCHE PHARMACEUTIQUE LEEM 2009

40 LEEM 2008

41 LEEM 2008

42 = Biomédicament = Médicament Biotech Récepteur Soluble LEEM 2008

43 PARTS DE MARCHÉ(%) DES DIFFÉRENTS BIO MÉDICAMENTS EN 2007

44 = médicament Biotech Récepteur Soluble LEEM 2008

45 LES PROTÉINES RECOMBINANTES THÉRAPEUTIQUES

46 LES FACTEURS DE CROISSANCE RECOMBINANTS Eryhtropoïetines (EPO) (Procrit Epogen NeoRecormon ) Darbepoetin alfa (Aranesp ) Anémies Granulocyte colony-simulating factor G-CSF(Filgrastime) (Neupogen, Neulasta ) Neutropénies

47 LES HORMONES RECOMBINANTES Insulines recombinantes: Novolin, Levenir, Lantus, Humalog Hormone de croissance humaine hgh (somatotropine recombinante) : Genotropin Valtropin Analogue de la PTH (parathormone) humaine : Forstéo

48 CYTOKINES RECOMBINANTES Interleukine 2 (Proleukin ) mélanome métastatique et adénocarcinome rénal métastatique Interleukine 11 (Neumega ) Activitéthrombopoïetique (thrombocytopénies associées àla chimiothérapie) Interférons α2a (Roferon Pegasys ) Certaines leucémies, hépatites chroniques B ou C Interférons β(avonex Betaseron Rebif ) Sclérose en plaques Interferon γ1b (Actimmune ) Granulomatose chronique

49 FACTEURS DE LA COAGULATION RECOMBINANTS (TRAITEMENT DES ÉVÈNEMENTS HÉMORRAGIQUES) Protéines recombinantes Spécialités pharmaceutiques Indications Facteur VIIa NovoSeven déficits en FVII Facteur VIII et Facteur de von Willebrand Recombinate Prévention et contrôle des hémorragies des hémophiles A Facteur VIII Kogenate Refacto Prévention et contrôle des hémorragies des hémophiles A Facteur IX Benefix Prévention et contrôle des hémorragies des hémophiles B

50 ENZYMES ET RÉGULATEURS D ACTIVITÉENZYMATIQUE PRODUITS PAR GÉNIE GÉNÉTIQUE Protéines recombinantes Spécialités pharmaceutiques Indications Tissue Plasminogen Activator ou tpa Alteplase ou Activase Retavase (tpa muté) Infarctus du myocarde et embolie pulmonaire aigüe Dornase alpha Pulmozyme Mucoviscidose Imiglucerase Cerezyme Maladie de Gaucher Agalsidase bêta Fabrazyme Maladie de Fabry Alpha-glucosidase acide Myozyme Maladie de Pompe Idursulfase Elaprase Maladie de Hunter Lamivudine Epivir Antiviral de la famille des inhibiteurs de la reverse transcriptase Multi-therapies contre levih-1 et le VIH-2.

51 RÉCEPTEURS RECOMBINANTS Récepteur soluble humain recombinant du TNF alpha (Tumor necrosis factor alpha), ENBREL Polyarthrite rhumatoïde

52 = médicament Biotech Récepteur Soluble LEEM 2008

53 ANTICORPS MONOCLONAUX ET ANTICORPS PRODUITS PAR GÉNIE GÉNÉTIQUE Ac recombinant anti-tnfalpha : Remicade : Polyarthrite rhumatoïde et Maladie de Crohn Ac recombinant anti-cd20: Rituxan Lymphome non Hodgkinien Ac recombinant dirigécontre le domaine extra-cellulaire de ERBB2 (HER2/neu): Herceptin Cancers du sein métastatiques sur-exprimant la protéine ERBB2 Ac recombinant anti EGFR: Erbitux Cancers colorectaux métastatiques exprimant EGFR

54 = médicament Biotech Récepteur Soluble LEEM 2008

55 VACCINS RECOMBINANTS Vaccins commercialisés Antigènes recombinants constituant le vaccin Indications: GENHEVAC B ENGERIX TWINRIX Ag recombinant Hbs du virus de l hépatite B Ag recombinant Hbs du virus de l hépatite B + virus hépatite A inactivé Prévention hépatite B Prévention hépatite B et hépatite A GARDASIL CERVARIX protéines virales L1 de papillomavirus humains de type 6, 11, 16 et 18 protéines virales L1 de papillomavirus humains de type 16 et 18 Prévention des lésions précancéreuses du col de l'utérus et du cancer du col de l'utérus dus aux Papillomavirus Humains

56 CONCLUSION Biotechnologies Cibles thérapeutiques Modèles animaux Biomédicaments Biothérapies Pharmacogénétique Innovation pharmaceutique