Protein Terapeutik Dan Vaksin Mhsw 2012

PROTEIN TERAPEUTIK DAN VAKSIN Debbie S. Retnoningrum Sekolah Farmasi Institut Teknologi Bandung

PROTEIN TERAPEUTIK (BIOFARMASETIKA) • Senyawa biofarmasetika adalah senyawa yang dibuat dengan metode bioteknologi yang melibatkan penggunaan organisme hidup dan bioproses • Bioteknologi baru (bioteknologi molekuler) yang melibatkan rekayasa genetika • Berdasarkan definisi bioteknologi baru, senyawa biofarmasetika meliputi bahan farmasi hasil rekayasa genetika terutama protein rekombinan dan antibodi monoklonal.

BIOFARMASETIKA • Produk DNA rekombinan: 176 – Protein rekombinan – Antibodi monoklonal rekombinan – Terapi gen

• • • • • • • •

Antibodi monoklonal: 15 Produk vaksin: 167 Toksin: 4 Enzim: 29 Produk Insulin : 3 Sel kultur dan produk jaringan: 9 Produk darah, manusia: 109 Produk darah, hewan: 49

Source: Rader RA, 2007, Biopharmaceutical products in The US dan European Markets, BioPlan Associates.

KLASIFIKASI PROTEIN TERAPEUTIK BERDASARKAN FUNGSI • KELOMPOK I: PROTEIN DENGAN AKTIVITAS ENZIMATIK / REGULASI – Ia: MENGGANTIKAN DEFISIENSI PROTEIN ATAU PROTEIN ABNORMAL (TABLES 1,2) – Ib: MENINGKATKAN JALUR YANG TELAH ADA (TABLES 3,4) – Ic: MENYEDIAKAN FUNGSI ATAU AKTIVITAS BARU (TABLE 5).

PENGGUNAAN KELOMPOK I • KELOMPOK Ia: GANGGUAN ENDOKRIN DAN METABOLISME YANG PENYEBABNYA TELAH DIKETAHUI. DENGAN BANYAKNYA PENYAKIT YANG PENYEBABNYA DIKETAHUI (DEFISIENSI PROTEIN ATAU PROTEIN ABNORMAL), PROTEIN PADA KELOMPOK INI JUMLAHNYA AKAN MAKIN BANYAK. • KELOMPOK Ib: DIDOMINASI OLEH TERAPI YANG MENINGKATKAN JALUR HEMATOLOGI DAN ENDOKRIN DAN RESPONS IMUN. BANYAK INTERFERON DAN FAKTOR PERTUMBUHAN SECARA EFEKTIF DAPAT MENYEMBUHKAN PENYAKIT WALAUPUN MEKANISME FARMAKOLOGINYA SECARA TEPAT TIDAK DIKETAHUI. • KELOMPOK Ic: MENUNJUKKAN PENGGUNAAN RASIONAL PROTEIN UNTUK MEMODIFIKASI PATOFISIOLOGI PENYAKIT MANUSIA. PERTUMBUHAN KE DEPAN PROTEIN DALAM KELOMPOK INI TERGANTUNG PADA PENGETAHUAN FUNGSI PROTEIN DALAM FISIOLOGI MANUSIA DAN FUNGSI PROYEIN.

KELOMPOK Ia

KELOMPOK 1b

KELOMPOK 1c

KLASIFIKASI PROTEIN TERAPEUTIK BERDASARKAN FUNGSI • KELOMPOK II : PROTEIN DENGAN AKTIVITAS PENTARGETAN KHUSUS – IIa: INTERFERENSI SUATU MOLEKUL ATAU ORGANISME (TABLES 6,7) – IIb: PENGIRIMAN SENYAWA ATAU PROTEIN LAIN (TABLE 8)

KLASIFIKASI PROTEIN TERAPEUTIK BERDASARKAN FUNGSI • KELOMPOK IIa: PENGGUNAAN AKTIVITAS PENTARGETAN SPESIFIK UNTUK INTERFERENSI ATAU ORGANISME DENGAN PENGIKATAN SPESIFIK DAN MEMBLOK FUNGSINYA, PENTARGETAN UNTUK PERUSAKAN ATAU STIMULASI JALUR SIGNALING. ANGGOTA KELOMPOK INI ADALAH ANTIBODI MONOKLONAL. • KELOMPOK IIb: MENGIRIMKAN SENYAWA ATAU PROTEIN LAIN KE TARGET TERTENTU DARI KELOMPOK IIA.

KLASIFIKASI PROTEIN TERAPEUTIK BERDASARKAN FUNGSI • KELOMPOK III : VAKSIN PROTEIN – IIIa: MELINDUNGI AGEN ASING BERBAHAYA – IIIb: MENGOBATI PENYAKIT AUTOIMUN – IIIc: MENGOBATI KANKER

KELOMPOK III • SAAT INI MASIH MERUPAKAN KELOMPOK YANG ANGGOTANYA SEDIKIT. VAKSIN YANG SPESIFIK UNTUK KANKER JUGA KEBUTUHANNYA TINGGI.

KEUNTUNGAN PROTEIN TERAPEUTIK •

HIGHLY SPECIFIC AND COMPLEX SET OF FUNCTIONS THAT CANNOT BE MIMICKED BY SIMPLE CHEMICAL COMPOUNDS.

•

HIGHLY SPECIFIC, THERE IS OFTEN LESS POTENTIAL FOR PROTEIN THERAPEUTICS TO INTERFERE WITH NORMAL BIOLOGICAL PROCESSES AND CAUSE ADVERSE EFFECTS.

•

BODY NATURALLY PRODUCES MANY OF THE PROTEINS THAT ARE USED AS THERAPEUTICS, THESE AGENTS ARE OFTEN WELL TOLERATED AND ARE LESS LIKELY TO ELICIT IMMUNE RESPONSES.

•

FOR DISEASES IN WHICH A GENE IS MUTATED OR DELETED, PROTEIN THERAPEUTICS CAN PROVIDE EFFECTIVE REPLACEMENT TREATMENT WITHOUT THE NEED FOR GENE THERAPY, WHICH IS NOT CURRENTLY AVAILABLE FOR MOST GENETIC DISORDERS.

•

THE CLINICAL DEVELOPMENT AND FDA APPROVAL TIME OF PROTEIN THERAPEUTICS MAY BE FASTER THAN THAT OF SMALL-MOLECULE DRUGS.

ASAM AMINO DAN PROTEIN

ASAM AMINO

SIMBOL SATU HURUF

SIMBOL TIGA HURUF Ala Arg Asn Asp Cys Glu Gln Gly His Ile Leu Lys Met

Alanin Arginin Asparagin Asam aspartat Sistein Asam glutamat Glutamin Glisin Histidin isoleusin Leusin Lisin Metionin

A R N D C E Q G H I L K M

Fenylalanin

F

Phe

Prolin Serin Threonin Triptofan Tirosin Valin

P S T W Y V

Pro Ser Thr Trp Tyr Val

http://www.google.co.id

TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI

ORGANISMS FOR PROTEIN PRODUCTION

GLYCOSYLATION PROFILES

INANG PALING POPULER UNTUK OBAT REKOMBINAN YANG DISETUJUI DI AMERIKA • Escherichia coli (37) • Sel hamster ovary cell, CHO (29) • Saccharomyces cerevisiae (11) • Sel Baby hamster kidney, BHK (2) • Sel mamalia lain (2) • Sel mencit C 127 (2) • Sel ginjal monyet African (COS-1) (1) • Sel myeloma, NSO (1) Handbook of Biogeneric Therapeutic Proteins, 2006, Taylor & Francis Group, LLC

PROTEIN / POLIPEPTIDA SEBAGAI BAHAN AKTIF

KEBANYAKAN PROTEIN: PROTEIN GLOBUL

SENYAWA KLASIK VS SENYAWA BIOFARMASETIKA

PENISILIN INTERFERON

INSULIN KLORAMFENIKOL

PROTEIN GLOBUL • Bentuk natif: – Heliks-α, lembaran-β, random coil – Ikatan lemah (ikatan hidrofilik dan elektrostatik) – Asam amino non-polar ada di dalam (Phe, Trp, Tyr) – Konformasi tergantung pada: • Interaksi ikatan yang berbeda • Kondisi lingkungan

JALUR UTAMA DEGRADASI PROTEIN Ketidak stabilan fisik:

Ketidak stabilan kimia:

• • • •

• • • • • •

Denaturasi Adsorpsi Agregasi Presipitasi

Hidrolisis Oksidasi Rasemisasi Isomerisasi β-eliminasi Pertukaran disulfida

KETIDAKSTABILAN FISIK

KETIDAKSTABILAN FISIK • Denaturasi: – – – –

Struktur tersier hilang Pemutusan ikatan hidrogen dan interaksi hidrofob Dapat balik (kebanyakan kasus) Dapat terjadi pada rentang sempit faktor lingkungan

• Agregasi: – Bentuk terdenaturasi → bentuk agregat – Interaksi hidrofob intermolekul – “self-association” yang tidak alami

• Presipitasi: – Perubahan yang dapat dilihat dari kelarutan protein – Kelarutan rendah: konsentrasi protein

• Adsorpsi: – Menempel pada permukaan: menurunkan aktivitas protein

PELIPATAN PROTEIN

AGREGASI

Agregat larut Agregat tidak larut (presipitat)

PENGARUH KETIDAKSTABILAN FISIK • Denaturation, presipitasi dan adsorpsi: – kehilangan aktivitas biologi

• Agregasi: – Imunogenitas

PRESIPITASI PROTEIN

PROTEIN LARUT

PRESIPITAT

ADSORPSI PROTEIN

ADSORPSI: • JANGAN SIMPAN LARUTAN PROTEIN DALAM KEADAAN ENCER UNTUK PERIODA LAMA; SELALU ENCERKAN SEGERA SEBELUM DIGUNAKAN

KETIDAKSTABILAN KIMIA

KETIDAK STABILAN KIMIA • PROTEOLISIS (DEGRADASI PROTEOLITIK) – PROTEASE: MEMOTONG IKATAN PEPTIDA – TIDAK DAPAT BALIK

• DEGRADASI NON-ENZIMATIK – ASAM ENCER: PEMOTONGAN IKATAN PEPTIDA – IKATAN Asp-Pro: IKATAN PEPTIDA YANG LEMAH

DEAMIDASI • DUA ASAM AMINO: ASPARAGIN DAN GLUTAMAT • DAPAT MEMPENGARUHI AKTIVITAS BIOLOGI DAN KESTABILAN PROTEIN • KANDUNGAN DES-AMIDO DIBATASI • CONTOH: INSULIN, HORMON PERTUMBUHAN MANUSIA, SITOKROM c

OKSIDASI • ASAM AMINO: – HISTIDIN, METHIONIN, SISTEIN, TRIPTOFAN DAN TIROSIN MEMPUNYAI POTENSI UNTUK OKSIDASI PADA pH NETRAL DAN AGAK BASA

• DAMPAK: – KEHILANGAN AKTIVITAS IMUNOLOGI ATAU BIOLOGI

• CONTOH: – ALBUMIN, HORMON PERTUMBUHAN, GLUKAGON, INTERLEUKIN-1, DAN INTERLEUKIN 2.

RASEMISASI • SEMUA ASAM AMINO KECUALI GLISIN DAPAT MENGALAMI RASEMINSASI PADA pH BASA MEMBENTUK ENANTIOMER-D

PERTUKARAN IKATAN DISULFIDA

PERTUKARAN IKATAN DISULFIDA: PERUBAHAN STRUKTUR TIGA DIMENSI KEHILANGAN AKTIVITAS BIOLOGI TERJADI PADA pH BASA DAN ASAM

PRODUCTS OF RECOMBINANT DNA TECHNOLOGY (Ph Eur) MONOGRAPHY: GENERAL REQUIREMENTS FOR THE DEVELOPMENT AND MANUFACTURE OF PRODUCTS OF RECOMBINANT DNA TECHNOLOGY

PRODUCTS OF RECOMBINANT DNA TECHNOLOGY (Ph Eur) • DEFINITION: – – – – –

rDNA TECHNOLOGY/GENETIC MODIFICATION PLASMID / VECTOR SUITABLE MICRO-ORGANIM / CELL LINE EXPRESSED AND TRANSLATED TO PROTEIN EXTRACTION AND PURIFICATION

• PRODUCTION: – VALIDATED SEED-LOT SYSTEM: HOST-VECTOR COMBINATION – MASTER CELL BANK AND WORKING CELL BANK

PRODUCTS OF RECOMBINANT DNA TECHNOLOGY (Ph Eur) • CLONING AND EXPRESSION: – CHARACTERIZATION OF HOST-VECTOR SYSTEM: • SOURCE, PHENOTYPE AND GENOTYPE, CELL-CULTURE MEDIA • DOCUMENTATION

• CELL-BANK SYSTEM: – MASTER CELL BANK, WORKING CELL BANK, , CONTINUOUS-CULTURE PRODUCTION

• VALIDATION OF THE CELL BANKS: – STABILITY, IDENTITY, FREE FROM ADVENTITIOUS AGENTS, CONTAMINANTS, ONCOGENIC, TUMORIGENIC POTENTIAL

PRODUCTS OF RECOMBINANT DNA TECHNOLOGY (Ph Eur) • CONTROL OF THE CELLS: – ORIGIN, FORM, STORAGE, STABILITY

• VALIDATION OF THE PRODUCTION PROCESS: – – – – – – –

EXTRACTION AND PURIFICATION CHARACTERIZATION OF THE SUBSTANCE PRODUCTION CONSISTENCY AMINO-ACID COMPOSITION DETERMINATION OF MOLECULAR MASS HYBRIDIZATION ANALYSIS SEQUENCE-INDEPENDENT TECHNIQUES

• IDENTIFICATION, TESTS AND ASSAY

Recombinant granulocyte colony-stimulating factor (filgrastim)

Pure Red Cell Aplasia (PRCA) associated with EPO treatment

HUMANIZED ANTIBODY

VAKSIN

PERKEMBANGAN VAKSIN - JENIS • Sel atau virus utuh (inaktivasi, mati atau hidup, diatenuasi) • Subunit (komponen) – Protein rekombinan atau bukan rekombinan – Kapsul (polisakarida) – DNA (ditranskripsi dan ditranslasi pada inang)

• Sel imun (sel dendritik)

VAKSIN SUBUNIT - TOKSOID • Toksoid botulinum: – toksoid pentavalen dari toksin tipe A, B, C, D dan E Clostridium botulinum yang diinaktivasi

• Toksoid difteri: – Toksin yang telah diinaktivasi dari Corynebacterium diphtheriae

• Toksoid pertusis: – Toksin pertusis yang diinaktivasi dari Bordetella pertussis

• Toksoid tetanus: – Toksin tetanus yang diinaktivasi dari Clostridium tetani

VAKSIN PROTEIN REKOMBINAN • VAKSIN HEPATITIS B: – HBsAg

• VAKSIN VIRUS PAPILLOMA MANUSIA (HPV): – PROTEIN L

VAKSIN ASELULAR • Vaksin pertusis: – Mengandung antigen bakteri yang dimurnikan dan diinaktivasi – Toksin pertusis – Hemaglutinin filamentous (FHA, 220 kDa) – Pertaktin (protein membran luar, 69 kDa)

TERIMA KASIH