Innovative immunobiotechnology for recombinant cytokine drug forms development

Abstract


Cytokines represent a new regulatory system existing alongside with the neuroendocrine regulation and aimed for the body homeostasis regulation during pathogen invasion and tissue damage. During past three decades genes of major cytokines were cloned and biologically active recombinant analogues were synthesized. Future of the cytokine therapy is connected with the recombinant molecules obtained using modern immunobiotechnology. Several new recombinant cytokine drug forms for clinical use are developed in the State Research Institute of Highly Pure Biopreparations, including that of interferon alpha 2b, mterleukin-1 beta and interleukin-1 receptor antagonist. Among them human recombinant interleukin-1 beta (Betaleukin) is registered for clinical use only in Russia. New IL-1 drug forms include ointments, geles, biodegradable sponges for therapy of Patients with burns, infected wounds, trophic ulcers. Use of IL-1 ointment for trophic ulcers therapy in patients with diabetes e to high healing efficacy and allowed to avoid amputation. Recombinant interferon alpha aerosol drug form is used for the erapy of patients with acute viral respiratory infections including influenza. Aerosolized interferon application decreased ness duration for 2-3 days.This clinical result could give very big economical effect in the whole country. In general topical cytokine application has several advantages including high local drug concentration in the desired organ, and absence of systemic adverse effects. Nowadays cytokines are widely used for the therapy of infectious diseases, immunodeficiency and activ t^ FUrt' 1er development of this therapeutic direction will give new highly effective drugs with enhanced pharmacological

Бурное развитие биологических наук в последние десятилетия привело к выдающимся достижениям, которыми может по праву гордиться человечество: расшифровка генома, глобальная программа вакцинации и победа над оспой, выяснение иммуно-патогенеза СПИД и болезней, вызываемых приона-ми. Большинство достижений в области биологии так или иначе связано с прогрессом в молекулярной биологии, изучении защитных реакций организма, с развитием биотехнологии, окончательно выделившейся в самостоятельную научную дисциплину. В настоящее время развитие биотехнологии во многом базируется на последних достижениях сравнительно молодого научного направления, называемого иммунобиотехнологиями. Особое место в этом направлении занимает создание медицинских препаратов нового поколения, основанное на воспроизводстве структурно-функциональных аналогов биологически активных молекул, синтезируемых клетками организма, а также терапевтических моноклональных антител, способных при введении в организм модифицировать их активность. Эти препараты могут быть использованы в качестве диагностических, лечебных и вакцинных лекарственных средств. Смысл создания таких препаратов заключается в повторении методами иммунобиотехнологии уникальных биологических свойств молекул, сформированных самой природой в течение миллионов лет эволюции и не имеющих равных среди других искусственно конструируемых лекарств. Внедренные в клиническую практику и разрабатываемые препараты могут быть условно разделены на 7 основных групп: L Гормоны и ростовые факторы (инсулин, гормон роста, эпидермальный ростовой фактор и др.). 2. Цитокины (ЭПО, ИФН-альфа, ИФН-гамма, Г-КСФ, ГМ-КСФ, ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-7, ИЛ-10, ИЛ-11, ИЛ-12, ИЛ-24 и многие др.). 3. Рекомбинантные и природные биологически активные молекулы (белки системы свертывания крови, системы комплемента, белки теплового шока, протеолитические ферменты и др.). 4. Терапевтические моноклональные антитела: мышиные, гуманизированные и полностью человеческие (против поверхностных молекул лейкоцитов, цитокинов, рецепторов ростовых факторов, IgE и других физиологически значимых молекул). 5. Химерные молекулы для антицитокиновой терапии (растворимые рецепторы, их комбинации между собой и с фрагментами иммуноглобулинов). 6. Синтетические пептиды, полностью повторяющие биологическую активность природных аналогов либо модифицированные. 7. Вакцины на основе ДНК, рекомбинантных, пептидных и других молекул и их комбинаций. Начало развития современной иммунобиотехнологии относится к началу 80-х гг. XX в., когда компании «HofJmann-la-Roche>> и «Biogen» клонировали несколько вариантов ИФН альфа, что послужило основой для создания первых медицинских препаратов рекомбинантного интерферона альфа человека. Биотехнологический бум 80-х гг. привел к получению еще целого ряда генно-инженерных лекарственных препаратов на основе цитокинов человека. Вслед за этим шел неуклонный процесс развития этого направления биофармацевтики, и сейчас объем рынка рекомбинантных биопрепаратов оценивается примерно в 40 млрд долларов США в год. По данным информационно-аналитической компании «IMS Health», в настоящее время существует 4 основных группы биопрепаратов, обеспечивающих большую долю от продаж генно-инженерных лекарственных средств. Это препараты эритропоэтина, интерферона альфа, инсулина и колониестимулирующих факторов. Динамика и прогноз развития мирового рынка продаж этих препаратов представлены в табл. 1. Лидеры продаж среди биопрепаратов, как следует из таблицы, относятся к цитокинам и ростовым факторам, что объясняется важнейшей ролью этого класса медиаторов в регуляции главных физиологических процессов в организме и участием в патогенезе целого ряда заболеваний, иммунопатологических процессов и рака. Действительно, цитокины могут быть выделены в новую самостоятельную систему регуляции основных функций организма, существующую наряду с нервной и эндокринной регуляцией и связан- ную в первую очередь с поддержанием гомеостаза при внедрении патогенов и нарушении целостности тканей. В рамках иммунной системы цитокины осуществляют взаимосвязь между неспецифическими защитными реакциями и специфическим иммунитетом, действуя в обоих направлениях. На уровне организма цитокины осуществляют связь между иммунной, нервной, эндокринной, кроветворной и другими системами и служат для их вовлечения в организацию и регуляцию защитных реакций. Движущей силой интенсивного изучения цитокинов всегда была многообещающая перспектива их клинического использования для лечения широко распространенных заболеваний, в том числе рака, инфекционных и иммунодефицитных заболеваний [1,2]. Будущее цитокиновой терапии связано с генно-инженерными препаратами, получаемыми с применением последних достижений биотехнологии. За последние два десятилетия клонированы гены большинства цитокинов и получены рекомбинантные аналоги, полностью повторяющие биологические свойства природных молекул. В клинической практике существуют три основных направления использования цитокинов: 1) цитокиновая терапия для активации защитных реакций организма, иммуномодуляции, либо восполнения недостатка эндогенных цитокинов, 2) антицитокиновая иммуносупрессивная терапия, направленная на блокирование биологического действия цитокинов и их рецепторов, 3) цитокиновая генотерапия с целью усиления противоопухолевого иммунитета или коррекции генетических дефектов в системе цитокинов. В табл. 2 и 3 суммированы возможности клинического применения цитокинов. В России ведутся активные исследования в области биомедицинских технологий в направлении разработки новых генно-инженерных биопрепаратов медицинского назначения. Разработаны и зарегистрированы несколько биопрепаратов, включая инсулин, интерфероны альфа и гамма, колониестимули-рующие факторы, интерлейкины и их антагонисты и некоторые др. (табл. 4). Проблемы терапевтического использования препаратов цитокинов во многом связаны с методами получения и с биологическими особенностями этого класса соединений и сводятся, главным образом, к следующему: • побочные эффекты, связанные со степенью чистоты рекомбинантных препаратов; • побочные эффекты, связанные с плейотропным механизмом биологического действия цитокинов; • фармакокинетика - короткий период циркуляции; • инъекционные формы. Решение этих проблем может быть достигнуто путем создания новых лекарственных форм препаратов цитокинов, лишенных указанных недостатков. Разработка новых лекарственных форм проводится, как правило, по двум основным направлениям: 1) разработка пролонгированных лекарственных форм с улучшенной фармакокинетикой, 2) разработка лекарственных форм для местного применения цитокинов. Новые лекарственные формы препаратов цитокинов: • Пролонгированные формы • Пероральные таблетированные формы • Аэрозоли для местного применения либо для системного введения препаратов цитокинов • Местное применение с использованием фонофо-реза • Мазевые формы • Биодеградируемые губки В последние годы многие научные разработки связаны именно с созданием новых лекарственных форм препаратов цитокинов. Ряд цитокинов могут быть использованы в клинике как для системного, так и для местного применения. Оба пути введения, безусловно, имеют свои преимущества и недостатки. Системное введение оправдывает себя в тех случаях, когда нужно обеспечить действие цитокинов в нескольких органах для более эффективной активации иммунитета либо активировать клетки-мишени, расположенные в разных частях организма. В других случаях местное применение имеет целый ряд преимуществ, так как оно позволяет достигать высокой локальной концентрации действующего начала, целенаправленно воздействовать на орган-мишень и избежать нежелательных системных проявлений. Местное введение цитокинов имеет целый ряд перспективных направлений развития, таких, как создание мазевых и аэрозольных лекарственных форм. В ГосНИИ особо чистых биопрепаратов (Санкт-Петербург) для внедрения в клиническую практику разрабатываются новые лекарственные формы препаратов рекомбинантных цитокинов, включая интерферон альфа 2в, интерлейкин-1 бета и его рецепторный антагонист. Среди них препарат «Беталейкин», являющийся лекарственной формой рекомбинант-ного интерлейкина-1 бета (ИЛ-1) человека, зарегистрирован только в России и представляет собой Уникальную отечественную разработку, доведенную До клинического использования [3]. Новые лекарственные формы ИЛ-1 бета включают мази, гели и одеградируемые губки, применяемые для лечения ьньгх с ожогами, трофическими язвами, инфицированными ранами. Мазевые лекарственные формы Дают целым рядом уникальных свойств, напри-еР способностью создавать депо для постепенного, иРованного выхода цитокинов в ткани. Использование мазевой формы ИЛ-1 для лечения трофических язв нижних конечностей у больных сахарным диабетом позволяет существенно улучшить показатели заживления, проводить эффективное консервативное лечение и в ряде случаев отказаться от ампутации конечности [4, 5, 6]. При использовании мази с ИЛ-1 Р у больных с преобладанием процессов регенерации и эпителизации (во 2 и 3 фазах раневого процесса) отмечены ярко выраженные улучшения заживления раневого процесса. Клинические результаты использования мази с ИЛ-1(3 у данной группы больных представлены в табл. 5. Также проводилась сравнительная оценка эффективности мази, содержащей ИЛ-ip, у больных с различной этиологией ран и трофических язв (табл. 6). Из приведенных данных видно, что кроме длительно незаживающих ран и трофических язв, обусловленных сахарным диабетом, мазевая форма препарата ИЛ-1 эффективно стимулировала заживление в группах больных, где причиной трофических язв была хроническая венозная недостаточность, и у больных с длительно незаживающими ранами после гнойно-некротических процессов, не страдавших диабетом. В качестве оптимальной схемы назначения мази с ИЛ-1, обеспечивающей наибольшую эффективность действия препарата, предлагается ежедневное применение при перевязках больных. Мазь, содержащая в качестве действующего вещества ИЛ-ip, оказывает выраженное стимулирующее влияние на раневой процесс за счет усиления миграции в рану и активации функции фагоцитирующих клеток, а также усиления пролиферации и дифференцировки фибробластов и эпителиоцитов. Механизм ранозаживляющего действия ИЛ-ip связан со стимуляцией процессов образования грануляционной ткани и эпителизации, а также с усилением местного неспецифического иммунитета. Лечебное действие мази клинически проявляется ускорением процессов очищения раны, появления грануляционной ткани и начала процессов эпителизации и более интенсивной контракцией раны. Использование мази с ИЛ-1 (3 улучшает результаты консервативного лечения трофических язв и длительно незаживающих ран и способствует снижению количества ампутаций. В целом у большинства больных местное лечение мазью, содержащей ИЛ-ip, показало положительный результат, который подтвердился как на основании динамики клинических проявлений, так и с помощью цитологических методов исследования. На основании полученных данных можно говорить о высокой эффективности мази с ИЛ-ip при использовании ее во 2 и 3 фазах раневого процесса для лечения трофических язв и длительно незаживающих ран у больных сахарным диабетом, трофических язв, развившихся на фоне хронической венозной недостаточности, и длительно незаживающих ран после гнойно-некротических процессов. Другим перспективным подходом местного использования цитокинов в терапии является применение аэрозольных лекарственных форм, например аэрозольной формы рекомбинантного ИФН альфа для введения в верхние дыхательные пути и в легкие. Преимущество аэрозольной лекарственной формы в данном случае сводится к следующему: • повышение эффективности терапии за счет местного применения препарата с адресной доставкой в зону развития патологического процесса, в частности в нужные отделы респираторного тракта; • обеспечение максимальной биодоступности за счет равномерного распределения и попадания препарата во все зоны слизистой дыхательных путей; ■ существенное снижение дозировки препарата по сравнению с парентеральным применением, что обеспечивает значительное улучшение фармакоэкономических показателей лечения; • возможность самостоятельного амбулаторного использования препарата; • отсутствие системных побочных эффектов. Рекомбинантный интерферон альфа в аэрозольной форме используется для интраназального применения при лечении больных с ОРВИ, включая грипп, в эпидемический период. Доза ИФН альфа - 10 ООО МЕ/мл; применение - самостоятельно сразу после начала заболевания в каждую половину носа по 0,1-0,2 мл каждые 2 ч, исключая время сна, 3-5 дней до исчезновения симптомов. Результаты применения аэрозольного ИФН альфа, приведенные в табл. 7, свидетельствуют, что использован^ препарата сокращает продолжительность как субъективных, так и объективных показателей течения воспалительного процесса верхних дыхательных путей. Также очень важно, что продолжительность заболевания снижается на 2-3 дня, а это, с учетом сокращения периода нетрудоспособности, может дать колоссальный экономический эффект в масштабах страны. Препараты ИФН альфа используют для подавления репликации вируса папилломы человека и лечения таких заболеваний, как остроконечные кондиломы и папилломатоз гортани. Аэрозольные препараты ИФН альфа могут быть также применены для местного лечения больных с папилломатозом гортани. Первые клинические данные указывают на высокую эффективность аэрозольного интерферона. Местное применение препарата позволяет проводить консервативную терапию, избежать повторных хирургических вмешательств и приводит к снижению показателей частоты рецидивирования по сравнению с традиционной терапией. Разработка различных вариантов сухих и жидких аэрозольных форм с заданным размером частиц позволяет создавать условия доставки цитокинов в нужные отделы дыхательной системы. Так, например, аэрозольный препарат интерферона с большим Диаметром частиц будет в основном задерживаться 11 оседать в области носоглотки, миндалин и трахеи, тогда как мелкодисперсные варианты этого ^розольного препарата могут проникать более глубоко, в легкие. Последний вариант можно использовать и для системного введения цитокинов через Легкие, обладающие большой площадью поверхНости для всасывания введенных аэрозольно препаратов. В случае антицитокиновой терапии также идет эктивн ыи поиск новых более эффективных лекарс-Твенньгх форм препаратов. Примером такого подхода лУжит разработка аэрозольного препарата рекомби-^нтного Рецепторного антагониста ИЛ-1 (АРИЛ) ' Аэрозольный препарат АРИЛ может использоваться для подавления воспалительных процессов в верхних и нижних дыхательных путях, вызванных химическими веществами, инфекционными агентами (бактерии и вирусы, вызывающие острое легочное воспаление), а также при развитии аллергического воспаления. В последнем случае аэрозольный препарат АРИЛ может применяться для лечения аллергического ринита и бронхиальной астмы. Результаты применения данного подхода в опытах у животных продемонстрировали высокую эффективность аэрозольного АРИЛ при лечении экспериментальной бронхиальной астмы, индуцированной овальбуми-ном. На очереди клинические испытания препарата у больных с аллергической бронхиальной астмой. Разработка различных вариантов сухих и жидких аэрозольных форм препаратов интерферона и рецепторного антагониста ИЛ-1 с заданным размером частиц позволяет создавать условия доставки цитокинов в различные отделы дыхательной системы. В настоящее время цитокины находят все более широкое применение в клинической практике для лечения онкологических, инфекционных, им-мунодефицитных и других заболеваний. Развитие этого направления ведет к созданию и внедрению в клиническую практику новых лекарственных форм препаратов рекомбинантных цитокинов с повышенной эффективностью, улучшенными фармакологическими свойствами и высокой биодоступностью. В настоящее время генно-инженерные биопрепараты находят все более широкое применение в клинической практике для лечения онкологических, инфекционных, иммунодефицитных и других заболеваний. Развитие иммунобиотехнологии в стране позволит создать новую перспективную линейку высокоэффективных генно-инженерных цитокинов и новых лекарственных форм для использования в медицине. Разработка и внедрение этих препаратов направлены на развитие современных высокотехнологичных подходов оказания медицинской помощи, связаны с достижениями иммунобиотехнологии и приведут к импортзамещению с повышением доли отечественных лекарственных средств и технологий, используемых в практическом здравоохранении, для обеспечения экономической безопасности и экономической независимости государства в области биотехнологии и медицины. Новые научные разработки в данной области могут найти достойное применение на современном этапе развития общества для проведения эффективной терапии социально значимых заболеваний с помощью медицинских средств последнего поколения.

S A Ketlinsky

State Research Institute of Highly Pure Biopreparations, FMBA, St. Petersburg

A S Simbirtsev

State Research Institute of Highly Pure Biopreparations, FMBA, St. Petersburg

A M Ischenko

State Research Institute of Highly Pure Biopreparations, FMBA, St. Petersburg

  1. Симбирцев А.С. Цитокины - новая система регуляции защитных реакций организма // Цитокины и воспаление. 2002. Т. 1. № 1. С. 9-17.
  2. Кетлинский С.А., Симбирцев А.С. Цитокины. СПб.: Фолиант, 2008. 552 с.
  3. Симбирцев А.С. Новые подходы к клиническому применению рекомбинантного интерлейкина-1 бета человека//Мед. иммунол. 1999. Т. 1. № 1-2. С. 141-146.
  4. Петров СВ., Симбирцев А.С, Бубнова Н.А. и др. Использование интерлейкина-1(3 для местного лечения больных с трофическими язвами нижних конечностей венозной этиологии // Мед. иммунол. 2001. Т. 3.№4. С. 533-539.
  5. Варюшина Е.А., Москаленко В.В., Симбирцев А.С. и др. Ранозаживляющее и местное иммуностимулирующее действие рекомбинантного интерлейкина-1 бета человека при применении у больных с длительно незаживающими ранами и трофическими язвами // Цитокины и воспаление. 2007. Т. 6. № 2. С. 54-62.
  6. Варюшина Е.А., Москаленко В.В., Лебедева Т.П. и др. Использование интерлейкина-1 бета для местного лечения гнойно-некротических поражений нижних конечностей // Мед. иммунол. 2008. Т. 10. № 4-5. С. 439-448.
  7. Ischenko A., Nikolaev В., Kotova Т. et al. IL-1 receptor antagonist as an aerosol in inflammation // J. Aerosol. Med. 2007. Vol. 20. № 4. P. 445-459.

Views

Abstract - 31

Cited-By


Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2009 Ketlinsky S.A., Simbirtsev A.S., Ischenko A.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies