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Bioaktivitätstests für Biosimilars & Biobetters

Komplexe Protein-Arzneimittel wie monoklonale Antikörper erfordern neben den generell für Arzneimittel vorgeschriebenen Tests zur Überprüfung von Reinheit, Gehalt, Pharmakokinetik und Pharmakodynamik eine gründliche und umfassende Überprüfung der biologischen Aktivität – von der frühen Entwicklung bis zur fortlaufenden Qualitätstestung des marktzugelassenen Produkts.

Zu diesem Zweck werden funktionale Bioaktivitätsassays eingesetzt, die die Wirkweise des Arzneimittels in vivo widerspiegeln. Die Wahl des geeigneten Bioaktivitätstests wird zu einer zunehmend größeren Herausforderung, da mittlerweile viele Modifikationen zur Verbesserung des ursprünglichen Biologicals zum Einsatz kommen. Diese Modifikationen haben häufig auch einen Einfluss auf das Verhalten des Arzneimittels in In-vitro-Bioaktivitätstests im Vergleich zum Originalprodukt. 

Der Einfluss der Modifikationen

Ein gutes Beispiel für den Einfluss von Modifikationen auf die Bioaktivität in vivo und in vitro sind die Nachahmerprodukte für den therapeutischen Antikörper Rituximab. Rituximab ist ein marktzugelassener therapeutischer Antikörper, der sich gegen das Antigen CD20 richtet, das sich hauptsächlich auf der Oberfläche von B-Zellen befindet. Er wird zur Therapie von verschiedenen Lymphomen, Leukämien, einigen Autoimmunkrankheiten sowie zur Verhinderung der Abstoßung von Transplantaten eingesetzt.

Der Innovator-Antikörper hat eine starke Fc-Effektorfunktion, und diese ist Bestandteil des Wirkmodus. Es ist bekannt, dass sowohl antikörpervermittelte als auch komplementvermittelte Zytotoxizität sowie Apoptose zur Abtötung der Zielzellen führen. Aufgrund der Herstellung in CHO-Zellen enthält das Arzneimittel eine Mischung von Glykoformen, die zum Teil nicht identisch mit humanen Glykoformen sind und daher neben einer verringerten Wirksamkeit auch eine höhere Immunogenität sowie einen beschleunigten Abbau im Organismus des Patienten bewirken können. Daher ist ein Ansatz zur Entwicklung eines optimierten Nachahmerpräparates die gezielte Herstellung bestimmter Glykoformen.

Zu nennen ist beispielsweise die Reduktion der Fucosereste, was zu einem signifikanten Anstieg der antikörpervermittelten zellulären Zytotoxizität bei gleichzeitiger Reduktion der komplementvermittelten Zytotoxizität und leichter Steigerung der Apotoseaktivität in In-vitro-Bioaktivitätstests führt. Die zusätzliche Modifikation weiterer Zuckerreste kann das Ergebnis von Bioaktivitätstests schon wieder ganz anders aussehen lassen. 

Zusätzlich können zum Teil nur minimale Modifikationen im Herstellungsprozess bei der Produktion von Biosimilars ebenfalls zu einer leicht veränderten Struktur des Produktes führen. Das hat wiederum nicht nur Einfluss auf die Ergebnisse von In-vitro-Bioaktivitätstests, sondern auch möglicherweise auf die In-vivo-Toxizität. Neben dem Vergleich zum Innovator-Arzneimittel ist also zur Bestimmung der exakten Bioaktivität einzelner Lots jeweils die Definition exakt übereinstimmender Referenzmaterialen erforderlich. Mit jeder neuen Modifikation von therapeutischen Proteinen muss der gewählte Bioaktivitätstest hinsichtlich seiner generellen Eignung für das neue Molekül sowie der geeigneten Parameter zur Testung auf den Prüfstand gestellt werden. 

Zusätzlich erfordern optimierte Arzneimittel (Bio-Better), die zur Behandlung zusätzlicher Krankheitsbilder zum Einsatz kommen, die Überprüfung der Eignung der jeweiligen In-vitro-Testverfahren zur Bestimmung der Bioaktivität im Kontext des neu hinzugekommenen therapeutischen Ansatzes. 

Defizite in der Reproduzierbarkeit

Eine weitere Herausforderung ist die Tatsache, dass viele den Wirkmechanismus eines therapeutischen Proteins widerspiegelnde In-vitro-Testverfahren ursprünglich auf dem Einsatz primärer Zellen oder von Produkten aus primären Quellen beruhen. 

Daher sind die Verfahren häufig vergleichsweise teuer und langwierig. Zudem weisen sie oft Defizite in der Reproduzierbarkeit auf, welche jedoch eine notwendige Bedingung für einen GMP-tauglichen Bioaktivitätstest ist. Aus diesem Grund besteht derzeit die Tendenz, alternative Verfahren zu entwickeln, die beispielsweise auf dem Einsatz von Reportergenen beruhen oder die Phoshorylierung in für den Wirkmechanismus relevanten Signalwegen nachweisen.

All diese alternativen Ansätze erfordern eine umfassende Evaluierung ihrer Eignung als Ersatzverfahren zur Bestimmung der In-vitro-Bioaktivität. Ein Blick in die Zukunft zeigt, dass zusätzlich zu den klassischen bereits beschriebenen Wirkmechanismen die nächste Generation der Nachahmer-Proteinarzneimittel völlig andere und zum Teil sehr individuelle und produktspezifische Wirkmechanismen hat, für die geeignete Verfahren zur Bestimmung der Bioaktivität entwickelt werden müssen.

Kontakt

Dr. Ulrike Herbrand
Dr. Olaf Stamm
Charles River Biopharmaceutical Services GmbH
Max-Planck-Str. 15A
40699 Erkrath
www.criver.com

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