Molecular Targeted Therapy &Teknologi Penghantaran Obat

Maksum RadjiDepartemen Farmasi, Universitas Indonesia

Disampaikan pada Kongres Ilmiah HISFARSI

Jakarta 6-7 Mei 2010

Perkembangan PengobatanConventional

MedicinePersonalized

Medicine Nanomedicine

Targeted medicine

Diagnosis pasien

Pemeriksaaninternal: CT scan, MRI

Tindakan bedah

Terapi

Uji laboratorium

Gejala penyakit(anamnesis)

TERAPI KONVENSIONAL

2005

ERA GENOMIK

New Drugs New Diagnostic Tests

Personalized Medicine

2001

Personalized Medicine:

Obat yang tepat, untukpasien yang tepat, padawaktu yang tepat

OBAT

PASIEN DOSIS

INDIKASI

WAKTU

TEPAT

PendekatanPendekatan FarmakogenomikFarmakogenomik

Variasi Genetik

Perbedaan urutan DNA genompada lokus tertentu disebut :Single NucleotidePolymorphism atau SNP

…G G T A A C T G…

…G G C A A C T G...

Genommanusia: 3.4

milyar pasangbasa DNA

Polimorfisme

DNA mengkode protein

Informasi genetik pada DNA mengkode produksi protein sel

Protein

Asam amino

Targeted Therapy

Targeted therapymerupakan terapi dengan suatumolekul spesifik sebagai sasaran terapi

OBAT + TARGET MOLEKULAR = TARGETED THERAPY

Targeted Therapy

• MOLECULAR TARGET merupakanmelekul yang penting dalampatofisiologi penyakit

• MOLECULAR TARGET harus dapatdipantau secara klinik

• MOLECULAR TARGET merupakanpenanda keberhasilan terapi

Molecular Targeted Therapy: (Nanomedicine)

• Terapi dilakukan pada sel sasaranyang tepat –advanced targeted drug therapy

• Memperbaiki, tidak hanyamengurangi gejala penyakit padalevel sel.

• Perlu diagnosis dini untuk terapiyang tepat

Molecular Targeted Therapy

Genetic DiseasesGenetic Diseases

Cystic FibrosisCystic FibrosisBlood DisordersBlood DisordersMuscular DystrophyMuscular DystrophyGrowth Hormone

Acquired DiseasesAcquired DiseasesCancerCancerCardiovascularCardiovascularNeurological DisordersNeurological DisordersInfectious Disease (AIDS)Infectious Disease (AIDS)

Targeted Cancer Therapy• Sasaran terapi adalah tahapan proses

pertumbuhan sel kanker• Golongan terapi sel kanker:

1. Inhibitor reseptor Tirosin Kinase . Antibodi, small molecule inhibitors

2. Inhibitor Angiogenesis 3. Inhibitor pertumbuhan sel: EGFR, VEGF4. Imunokemoterapi, imunotoksin, 5. Targeted Nucleic Acids Therapy6. Viroterapi

Targeted Cancer Therapy

Konsep Terapi:• Membunuh langsung sel tumor• Menghambat siklus sel (induksi apoptosis)• Menghambat metastasis sel tumor• Menghambat neoangiogenesis• Menstimulasi imunitas anti-tumor (sitokin,

vaksin)

Meningkatkan targeting obat- Mengatasi barier sistemik - Target sel tumor /tumor endotheliumMeningkatkan efisiensi- Pelepasan obat intracellularPemilihan konsep terapi yang tepat- Terapi kombinasi - Induksi respon sistem imun

Targeted based therapy meningkatkan efikasidan mengurangi efek samping.

Targeted Cancer Therapy

Pilihan Terapi untuk kanker

AntibodiMonoklonal

Trosin Kinase Inhibitor

Kemoterapi

Spesifisitastarget

Rendah

Tinggi

IV/Oral

Jam – hari

Toksisitas

Pemberian IV IV/Oral Lokal

Waktu paruh Hari –minggu

Jam – hari -

Radiasi

SangatSpesifik

Sedang/ bervariasi

Rendah

rendah Sedang Sedang

Sel Signal Faktor pertumbuhan(GF)

GF terikat pada reseptor

Reseptor mengirimsignal pada nukleus

Sel target masukpada fase S-phase dan kemudianbereplikasi

Regulasi pertumbuhan sel normal

Seltarget

Nukleus

Beberapa kesalahan regulasi pada pertumbuhan sel kanker

2. Mutant receptor dapatmengirim signal tanpaterikat pada GF

Pada kondisi tersebut: Sel kanker memasukiS-phase dan bereplikasisecara tidak terkontrol,membentuk sel tumor

1. Sel memproduksiGF sendiri

3. Signal cascade terjaditanpa adanya triggerdari reseptor

Epidermal Growth Factor ReceptorEpidermal Growth Factor Receptor

Epidermal Growth Factor ReceptorEpidermal Growth Factor Receptor

•• EGFR EGFR berperanberperan pentingpenting padapadaperkembanganperkembangan selsel tumor tumor

•• Inhibitor Inhibitor TirosinTirosin KinaseKinase memblokmemblokfosforilasifosforilasi intracellular intracellular daridari EGFR EGFR

•• EGFR EGFR signaling signaling tergangguterganggu•• MenghambatMenghambat Signal cascade dan

proliferasiproliferasi selsel tumor tumor

Ekspresi EGFR pada Tumor

SCCHN, squamous cell carcinoma of the head and neck.NSCLC, Non-small cell Lung Cancer:

Tipe Tumor Ekspresi EGFR (%)SCCHN 95NSCLC 40-80

Lambung 33-74Bladder 31-72Prostat 41-100Rahim 35-70

Kolon 25-77Glioblastoma 40-60Payudara 14-91Esofagus 35-88Pankreas 30-50

KK KK K

EGFR

mAbs Ligand

mAb

KK

TKIs

TKI

Ligand

Gefitinib

Erlotinib

Ligand Ligand

Signal transduction Metastasis

Cetuximab

SitotoksikSintesisProtein

K

Toxinconjugates Antisense

Panitumumab

Targeted Therapy Anti Kanker

Mekanisme Aksi MolekulerPanitumumab

Vascular Endothelial Growth FactorVascular Endothelial Growth Factor

•• GlikoproteinGlikoprotein•• BerperanBerperan padapada patofisiologispatofisiologis

angiogenesis angiogenesis •• 80% 80% Non-small cell Lung Cancer

mengekspresimengekspresi VEGFVEGF•• TerapiTerapi : :

AntibodiAntibodi monoklonalmonoklonal terhadapterhadap VEGFVEGFInhibitor Inhibitor produksiproduksi VEGFVEGF

VEGFR-3(Flt-4)

VEGFR-2(Flk-1/KDR)VEGFR-1

(Flt-1)

AngiogenesisAngiogenesis,

lymphangiogenesis Lymphangiogenesis

NRP-1(Neuropilin)

involved in tumor growth

Famili VEGF dan Reseptor VEGFPIGF VEGF-A VEGF-B VEGF-C VEGF-D

VEGFR-2VEGFR-1

Senyawa targeting untuk jalur VEGFSenyawa targeting untuk jalur VEGF

PPP

PPPP

P

Endothelial cellSmall-molecule

VEGFR inhibitorsRibozymes(angiozyme)

Anti-VEGFR antibodies

Soluble VEGF

receptors(VEGF-Trap)

VEGFAnti-VEGF antibodies

(bevacizumab)

• Humanized monoclonal antibody against VEGF

• 93% human, 7% murine

•• Approved for Approved for metastaticmetastatic colon colon cancer in 2004cancer in 2004

•• Activity in a variety Activity in a variety of solid tumorsof solid tumors

Bevacizumab (Avastin™)

TK TKTK

erbB1HER1EGFR

erbB2HER2neu

erbB3HER3

erbB4HER4

No specificligands -often acts as dimer partner Heregulins

NRG2NRG3

Heregulinsβ-cellulin

EGF, TGFα , β Cellulin

Amphiregulin, HB-EGF

Human Epidermal Growth Factor Receptor Family Human Epidermal Growth Factor Receptor Family

Ekspresi HER2 pada selnormal

20 000 reseptor/sel

Ekspresi HER2 pada selkanker

2.000.000 reseptor/sel

TrastuzumabTrastuzumab (HerceptinHerceptin))PadaPada selsel payudarapayudara normal normal gengen Her2 Her2 diekspresidiekspresi padapada permukaanpermukaan selsel untukuntukpertumbuhanpertumbuhan selsel normal.normal.

PadaPada selsel kankerkanker payudarapayudara gengen Her2 Her2 diekspresidiekspresi berlebihanberlebihan menyebabkanmenyebabkanpertumbuhanpertumbuhan selsel kankerkanker..((TerjadiTerjadi padapada lebihlebih daridari 30% 30% kankerkanker payudarapayudara))

HerceptinHerceptin ((trastuzumabtrastuzumab), ), antibodiantibodimonoklonalmonoklonal yang yang dapatdapat menghambatmenghambat protein protein reseptorreseptor selsel, , mencegahmencegah pertumbuhanpertumbuhan selsel, , sehinggasehingga pertumbuhanpertumbuhan selsel kankerkanker bisabisadihambatdihambat. .

AngiogenesisAngiogenesis•• ProsesProses pembentukanpembentukan pembuluhpembuluh darahdarah

barubaru padapada selsel tumortumor•• EsensialEsensial padapada pertumbuhanpertumbuhan tumor yang tumor yang

berukuranberukuran beberapabeberapa milimetermilimeter dandanmetastasismetastasis

•• Vascular Endothelial Growth FactorVascular Endothelial Growth Factorberperanberperan pentingpenting padapada stimulasistimulasiangiogenesis angiogenesis

•• Targeting VEGF Targeting VEGF suatusuatu caracara terapiterapi

Angiogenic Switchsangat penting untuk pertumbuhan Tumor dan Metastasis

Tumor (dormant)

Neovaskularisasi:• Mempercepat

pertumbuhan tumor(oksgen, nutrien)

• Fasilitasi metastasis

Angiogenic switch

Sekresi faktorangiogenik,

stimulasiangiogenesis

Pertumbuhantumuor danmetastasis

Mutasisomatik

Tumor non-vaskular

Bevacizumab menghambatAngiogenesis

Targeted cancer Therapy

Erlotinib

Bevacizumab

SunitinibSorafenib

Sorafenib

Kemoterapi

PanitumumabCetuximab

Temsirolimus

Resistenapoptosis

Proliferasi

Invasisel

Angiogenesis

FcRSel Dendritik

Sel Natural KilllerMonosit

FcR

2) Aktivasi sistem Komplemen1) Apoptosis, Anti-proliferasi

3) Antibody-dependent CellularCytotoxicity (ADCC)

Tumor

4) Antigen Presenting Cell,dan sitolisis

Mekanisme Anti-tumor Monoklonal antibodi

CD20 or other tumor Ags

Sel T

FDA Approved Monoclonal Antibodies in cancer therapy

Generic Name Trade name Agent/Target Indication Approval

UnconjugatedRituximab Rituxan Chimeric

anti-CD20 IgG1

B-cell lymphoma

1997

Trastuzumab Herceptin Humanized anti-HER2 IgG1

Breast 1998

Alemtuzumab Campath-1H Humanized anti-CD52

chronic lymphocyticleukemia (CLL)

2001

Cetuximab Erbitux Chimericanti-EGFR

ColorectalHead/neck

20042006

Bevacizumab Avastin Chimericanti-VEGF

Colorectal 2004

FDA Approved Monoclonal Antibodies in cancer therapy

Generic Name Trade name Agent/Target Indication Approval RadioconjugatesCapromabpendetide

ProstaScint 111In-murine anti-PSMA

Prostate 1996

Ibritumomabtiuxetan

Zevalin 90Y-murine anti-CD20 IgG + rituximab

B-cell lymphoma

2002

Tositumomab Bexxar 131I-murine anti-CD20 IgG + unlabeled tositumomab

B-cell lymphoma

2003

Drug conjugates

Gemtuzumabozogamicin Mylotarg

Humanized anti-CD33 IgG4 conjugated to colicheamicin

Acute myelogenousleukemia (AML)

2000

Targeted Nucleic Acids Therapy

DNA digunakan sebagai pendekatan terapi yang memungkinkan untuk mengatasi dan menyembuhkan penyakit dengan mengubah ekspresi gen (turn off genes)

Teknik terapi gen ditujukan untuk mengganti gen-gen cacat dengan gen yang berfungsi normal.

Targeted Nucleic Acids Therapy

Terapi AntisenseDNA mRNA protein.Antisense, komplemen mRNA (sense) dapat mencegah ekspresi protein.

Small interfering RNA (siRNA)siRNA merupakan small molecule drugs.

Small interfering RNA (siRNA)

siRNA Terapi untukDegenerasi Makular

• Degenerasi Makular dapatmenyebabkan kebutaan

• VEGF yang berlebihandapat memacupembentukan pembuluhdarah yang berlebuhanpada retina, sehinggamengganggu penglihatan.

• siRNA dapat menghambatgen yang memproduksiVEGF. Obat dapar diinjeksilangsung ke dalam mata.

Teknologi Penghantaran Obat

Vektor viral Vektor non-viral

Retrovirus Adenovirus AAV Liposom Naked DNA

Targeted Drug Delivery

Polimer dan sistem kolagen.Particle-based System:

1. Antibodi monoklonal,2. Vektor non-viral:

- Liposom, - Nanopartikel,

3. Vektor viral

Penghantaran Terapi Gen

IN VIVO

VektorVektor

Gen terapi

Sel manusia

Altered Cells

EX VIVO

Mekanisme penghantaran gen menggunakanvektor virus

Nukleus

* *

* *

**** *

**

**

**

*

*

****

** ** **

***

** *

* *

**** *

**

**

**

*

*

**** * *

* *

**** *

**

**

**

*

*

****

** ** **

***

*

* *

* *

**** *

**

**

**

*

*

****

** ** **

***

** *

* *

**** *

**

**

**

*

*

**** * *

* *

**** *

**

**

**

*

*

****

** ** **

***

*

Pelepasan dariendosomal

** ** **

***

** *

* *

**** *

**

**

**

*

*

**** *

* *

**** *

**

***

*

*

****

** ** **

***

*

Endositosis* *

* *

**** *

**

**

**

*

*

****

** ** **

***

** *

* *

**** *

**

**

**

*

*

**** * *

* *

**** *

**

**

**

*

*

****

** ** **

***

*

** ** **

***

** *

* *

**** *

**

**

**

*

*

**** *

* *

**** *

**

**

**

*

*

****

** ** **

***

*

Endosom

Masuk kedalam nukleus

DNAsiRNAsiRNA

Targeted gene delivery menggunakan vektor virus

Non-viral Targeted drug delivery (nanopartikel sebagai penghantar obat)

Keuntungan nanopartikelsebagai penghantar obat

• Memiliki luas permukaan yang besar, meningkatkan interaksi dengan situsreseptor

• Fungsionalisasi permukaan sebagai alattargeting

• Cocok untuk enkapsulasi• Pelepasan obat secara terkontrol• Sangat efisien untuk masuk ke dalam sel

target.

Permeability and Retention (EPR) Effect

Tumor memiliki“leaky”pembuluh darah, di manananopartikel dapat masuk.Ini disebut efek retensi danpermiabilitas (EPR Effect). Pada pembulih darah normal tidak bersifat permiabel (leaky) sehingga nanopartikel tidakdapat masuk ke dalam selnormal. Penghantaran obat sangatselektif untuk sel tumor.

Nanopartikel seluler targeting

Contoh penghantaran nano partikel

Obat: PaclitaxelKemoterapi untukkanker payudara

Produk: AbraxaneApproved in 2005

Kemoterapi terikat padanano partikel protein

Obat: doxorubicin Kemoterapi untuk kanker rahim

Produk: DoxilMengurangi Kardiotoksisitas

Contoh penghantaran nano partikel

Penghantaran obat dengan polimer

Microspheres

Biodegradable PolymerDrug: luteinizing hormone-releasing hormone (LHRH) analogName: Decapeptyl, Lypron depotAdvanced prostate cancerDose: ~3 months

Viroterapi

• Viroterapi merupakanstrategi pengobatanselektif untuk membunuhsel tumor

• Virus yang digunakanselain dapat membunuhsel tumor, juga dapatmeningkatkankerentanan sel tumor terhadap kemoterapi.

• Rekayasa virus untukmenginfeksi danmerusak sel tumor secara selektif.

• Rekayasa adapter molecules yang terdapat permukaanselubung viral dimodifikasi hanyaspesifik terhadapreseptor proteijn yang terdapat pada seltumor, tidak bisamasuk ke dalan selnormal.

Viroterapi untuk Transductional Targeting

• Cara ini menempatkantumor-specific promoterdekat dengan salahsatu gen esensial dariadenovirus.

• Promoter berfungsisebagai “on” switchsehingga gen hanyaberfungsi pada selkanker.

• Virus dapat masuk kedalam sel normal,tetapitidak bereplikasi ataumembunuh sel normal.

Viroterapi untuk Transcriptional Targeting