Wzór sumaryczny

Białka terapeutyczne
Dr hab. Daniel Krowarsch
Wydział Biotechnologii
Uniwersytet Wrocławski
Wrocław, 14.02.2015
Kwas acetylosalicylowy - aspiryna, polopiryna
Wzór sumaryczny: C9H8O4
Kwas acetylosalicylowy po raz pierwszy otrzymał w roku 1853 francuski chemik
Charles Frédéric Gerhardt
Kwas askorbinowy - witamina C
Wzór sumaryczny: C6H8O6
W 1928 roku Szent-György uzyskał z wyciągów z nadnerczy, kapusty i pomarańczy
związek, który wykazywał właściwości oksydoredukcyjne - witaminę C
Ibuprofen - ibuprom
Wzór sumaryczny: C13H18O2
Ibuprofen opracowany został przez firmę Boots, w początkach lat 60 XX wieku
Insulina
Wzór sumaryczny: C535H841N143O153S8
Ilość atomów: 1 680
Ilość aminokwasów: 51
Stężenie w krwi:
0.3 – 3 ng /ml
50-400 pmol/L
Insulina została odkryta w 1922 przez Fredericka Bantinga i jego asystenta Charlesa Besta
13 nm
Przeciwciała
Wzór sumaryczny: C1575H2459N411O482S16
Ilość atomów: 4 943
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
Czynnik VIII
globulina antyhemofilowa (AHG), czynnik antyhemofilowy(AHF), czynnik płytkowy I
Wzór sumaryczny: C7812H11920N2090O2283S64
Ilość atomów: 24 169
W 1937 r. amerykańscy naukowcy A.J. Patek i F.H.L. Taylor odkryli globulinę
antyhemofilową - czynnik krzepnięcia VIII
Budowa białek
Łańcuch polipeptydowy
Aminokwasy
Aminokwasy
Aminokwasy
Jane i David Richardson
Advances in Protein Chemistry 1981
Struktury przestrzenne białek
mioglobina
Zdjęcia przeciwciał wykonane w mikroskopie elektronowym
Nature 2012
Od kryształu do struktury
Kryształ o wymiarze 0,5 mm3 zawiera około 1015 cząsteczek
NMR: Od widma do struktury
A
B
C
H
G
D
E
F
G
C
D FE
I
A
B
J
H
I
J
2D Homonuclear Spectrum of NusB
5hck
Human Hematopoetic Cell Kinase
John Kendrew, struktura mioglobiny, 1957 r.
Max Perutz (po lewej) z modelem hemoglobiny oraz
John Kendrew z modelem mioglobiny, 1962 r.
James D. Watson i Frances H.C. Crick, struktura podwójnej helisy DNA, 1953 r.
Przeciwciała
Białka
Organizacja proteomu człowieka
•
około 1x1014 komórek
•
250 typów komórek
•
łączna szacowana ilość białek 25 000 - 30 000
•
8 000 - 10 000 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 10 000 kopii)
•
kilkadziesiąt-kilkaset białek specyficznych dla danego typu komórki lub tkanki
•
Całkowita ilość białek w organizmie ok. 14 kg
•
Dzienny obrót białek 350 g
Budowa komórki
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.
Białka
200-300 mg/ml
RNA
75-150 mg/ml
20-30% objętości komórki
stanowią makrocząsteczki
płytki krwi: 350 mg/ml hemoglobiny
krew: 80 mg/ml białka
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.)
Jak działa insulina
Sygnalizacja komórkowa z udziałem insuliny
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. - 16 000 kg
Wartość sprzedaży: 16,7 mld $ w 2011 roku
Główni producenci: Novo Nordisk (41%), Sanofi (32%) oraz Eli Lilly (20%)
Produkcja insuliny w bakteriach E. coli
Produkcja insuliny
Produkcja insuliny
Eli Lilly, fermentory
o objętości 50 000 l
Krzepnięcie krwi
Skrzep
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 1:12 000
Leczenie:
• preparaty krwiopochodne
• rekombinowane białka
Koszty leczenie do 300 000 $ na osobę
Hemofilia A - F VIII
2332 aminokwasy
Hemofilia B - F IX
415 aminokwasy
Komórki CHO
Produkcja do 300 g/rok, wartość sprzedaży do 1 mld $ rocznie (dane za 2007 r.)
Jak działają przeciwciała
Limfocyty B
1. fragment wiążący antygen
2. region Fab
3. region Fc
Jak działają przeciwciała
Jak działają przeciwciała
Jak działają przeciwciała
Przeciwciała na toksyny:
toksyna tężcowa
(Clostridium tetani)
jady węży
Otrzymywanie przeciwciał
Markery procesu nowotworowego
Przeciwciała przeciwnowotworowe
Herceptyna
Komórki nadprodukujące
białko HER2
Majtanzynoid DM1
Przeciwciała w terapii
Test ciążowy
hCG lub HCG (z ang. human chorionic gonadotropin)
Gonadotropina kosmówkowa - hormon produkowany w trakcie ciąży przez zarodek, a potem przez łożysko
Proces wprowadzania nowego leku
Odkrycie (2-10) lat
Testy przedkliniczne (laboratoryjne i na zwierzętach)
Faza I
20-30 zdrowych ochotników
Faza II
100-300 pacjentów
Faza III
1000-1500 pacjentów
Zatwierdzenie
Badania rynku
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Koszt wprowadzenia nowego leku do 2 000 000 000$
rok
Liczba kandydatów na leki biotechnologiczne
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 $
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