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Bio-chips y la aplicación de la
genética en la práctica clínica
Angel Carracedo
Fundación Gallega de Medicina Genómica
Centro Nacional de Genotipado-USC
Oviedo, 30 de septiembre de 2005
Limited therapeutic efficacy in many TAs
Práctica médica actual:
conduce a un tratamiento ineficiente
Ejemplos
• Eficacia y respuesta limitada de los fármacos actuales
Cardiovascular:
ACE-Inhibidores
Beta-Bloqueantes
Estatinas
Antidepresivos:
SSRIs
Antidepresivos tricíclicos
% No respondedores
10-30%
15-35%
10-60%
20-50%
10-25%
Papel de la Genética en la reducción de ADRs
Impacto de Reacciones Adversas a los Fármacos (ADRs)
• Las ADRs suponen un gasto mínimo de 4 billones de dólares anuales
al Sistema Sanitario de EE.UU sólo en costes por tratamiento directo
• Las ADRs representan el 5% de las admisiones hospitalarias
• Las ADRs incrementan la estancia hospitalaria en una media de 2 días,
incrementando el coste en 2500 $ por paciente.
• Las ADRs son una de las causas directas de muerte en los Estados
Unidos
• Las ADRs son la 4ª causa directa de muerte en EEUU, con
aproximadamente 100,000 muertes /año
La Farmacogenética
beneficia directamente al
10-20% de las ADRs y se
espera que contribuya a
mejorar un 15-40%
adicional de ADRs
• Las ADRs ocurren en un 32% de los pacientes hospitalizados (el 6.7% de los
pacientes sufren ADR’s severas)
Fuente: Ingelman-Sundberg M. Int Med, 2001; Pirmohamed M, Park, B K, Trends in Pharmacological Sciences, June 2001
Farmacogenética: reducción de riesgos de la
terapia
Comparación de riesgos fatales
Incremento del riesgo fatal (anual)
1 en 107
1 en 106
Electrocución
1 en 105
Accidente
aéreo
1 en 104
Asesinato
1 en 103
Accidente de
coche
Farmacogenética
Reacción fatal frente al
fármaco prescrito
Fuente: Consumer Reports, 9/99
1 en 102
Respuesta terapéutica individual
• Las enfermedades suelen ser síndromes de
etiopatogenia mal conocida y que tratamos igual
(QTLs)
• Respuesta farmacológica distinta e impredecible
en cada individuo (tanto la respuesta terapéutica
como la tóxica)
• Esto genera más de un 30% de fracasos
terapéuticos
• La Farmacogenética puede mejorar esta
situación
Farmacogenética y
farmacogenómica
• Farmacogenética:
Es el estudio de las diferencias genéticas que
influencian la variabilidad individual en la respuesta a
fármacos (Roses, 2000)
• Farmacogenómica:
Identificación de nuevas dianas terapéuticas mediante
herramientas genómicas. Medicina personalizada
FARMACOGENÉTICA: ¿Útil en la clínica?
PharmGKB
CYP2D6+receptors
Enzimas metabolizadores
De: Evans & Relling, Science 286:487-491, 1999
Citocromos P450: papel en el
metabolismo de fármacos
34,10
18,80
15,80
8,30
8,20
4,10
3,40
1,30 2,50 2,50
1B1 1A1 2A6 2B6 2E1 1A2 2C19 2C9 2D6 3A
CYP Home Page, 2000
CYP2D6 y CYP2C19: fármacos metabolizados (aprox.
un 25% de los fármacos prescritos)
Ejemplos de sustratos
CYP2D6
CYP2C19
•Antiarrítmicos
•Antidepresivos
•Beta-bloqueantes
•Anticonvulsivantes: mefenitoína
•Inh. Bomba protones: omeprazol
•Neurolépticos
•Otros:
•Codeina
•Debrisoquina
•Fenformina
•Indopamina
•Tamoxifeno
•Anticoagulantes
•Benzodiacepinas: diazepam
•Antimaláricos: clorproguanil
•Barbituratos
•Antidepresivos:
•Amitriptilina (parcialmente)
•Citalopram
•Imipramina
•Oncología: ciclofosfamida
Fuente: Shah, BMJ Vol 328 19 June 2004, Dahl Clin Pharmacokinet 2002; 41(7)
El genotipo: impacto significativo en el
metabolismo de fármacos
Concentraciones de fármaco según Fenotipo Metabolizador
Fenotipo metabolizador
Genotipo
Tipo de respuesta a dosis típicas
Ultrarrápido
= Reacciones adversas
Conc.
= Intervalo terapéutico
= No efectivo
Tiempo
Eficiente
Intermedio
Actividad
Actividad
normal
reducida
= Reacciones adversas
= Intervalo terapéutico
= No efectivo
= Reacciones adversas
no actividad
= Intervalo terapéutico
= No efectivo
Lento
= Reacciones adversas
= Intervalo terapéutico
= No efectivo
Genotipaje del CYP2D6 en la dosificación de
antidepresivos
Ejemplos
•45 millones de pacientes con
esquizofrenia o depresión en el mundo.
15 millones bajo medicación
•400,000 nuevos casos de depresión al
año
•Tratamiento de elección en la mayoría
de países: SSRIs,
- el 20-25% no responde
•Antidepresivos tricíclicos: fármacos
sustitutivos de los SSRI’s (ADR’s
significativas)
•A. tricíclicos se metabolizan por el
CYP2D6
Fuente: Kirchheiner et al., Acta Psychiatr. Scand 2001: 104: 173-192
El genotipaje ayuda a una dosificación adecuada:
Porcentaje de la dosis normal
Fármaco
UM
EM
IM
PM
Venlafaxina
Desipramina
130%
260% 130%
80%
20%
80%
20%
Fluoxamina
-
120%
-
60%
Mianserine
300%
110%
-
70%
“Poor metaboliser” allele leads to
 plasma drug concentration
greater incidence of side effects - e.g.
sedation, postural hypotension,
tardive dyskinesia
Antidepresivos y antipsicóticos:
genotipaje con CYP2D6
CYP2D6 y el metabolismo de fármacos en Psiquiatría
•Fármacos en psiquiatría
•Los efectos secundarios son causa frecuente de interrupción o fracaso del tratamiento
•El tiempo requerido para obtener el efecto óptimo es muy prolongado (3-8 semanas), necesitándose
contínuos ajustes de la dosis.
•La selección del fármaco y la dosis se hace en gran medida de modo empírico
•Las dosis pueden variar considerablemente entre individuos
•No es posible una monitorización del fármaco
•CYP2D6 : uno de los responsables de las diferencias de respuesta entre individuos
•El enzima CYP2D6 metaboliza muchos fármacos utilizados en psiquiatría
•Alta variabilidad entre individuos y poblaciones
•Entre el 7-10% de los Europeos tienen actividad del CYP2D6 reducida (metabolizadores lentos)
Approximate dose adjustments according to the CYP2D6 phenotype
as based on the meta-analysis by Kirchheiner et al. (Mol. Psy. 2004)
PM
IM
UM
EM
Antidepressants
Imipramine
30
75
130
180
Doxepin
35
77
120
170
Maprotiline
35
77
120
170
Trimipramine
37
83
125
175
Desipramine
40
76
117
165
Nortriptyline
48
90
115
155
Clomipramine
60
85
112
145
Paroxetine
65
90
108
143
Venlafaxine
68
85
105
130
Amitriptyline
70
90
105
135
Mianserin
70
87
110
135
Perphenazine
30
80
130
170
Thioridazine
37
82
127
165
Olanzapine
50
100
120
155
Zuclopenthixol
55
85
115
142
Aripiprazole
60
85
112
130
Flupentixol
68
80
117
135
Haloperidol
67
90
108
126
Antipsychotics
Estudio de coste-eficacia para el análisis
rutinario de CYPs y polimorfismos en
receptores en el tratamiento de pacientes
esquizofrénicos
• Provincia de Ourense: 150 pacientes recogidos y
seguidos desde noviembre 2002.
• Validación del Amplichip CYP450 mediante
secuenciación y PCR en tiempo real. (Accuracy
99,5%-1 discrepancia)
• Análisis de coste-eficacia
Frecuencia alelos CYP2D6
Galicia n: 150
Sánchez-Diz, Clin
Chem, in press
1
1xN
2
41
2xN
3
4
5(del)
6
9
10
17
35
Cataluña n: 105
Menoyo et al. Cell
Biochem Funct, 2005
1
1xN
2
41
2xN
3
4
5(del)
6
9
10
17
35
Tipo de metabolizadores para
CYP2D6 y CYP2C19 en Galicia
8%
1%
1%
24%
14%
Eficientes
Intermedios
Pobres
Ultrarápidos
CYP2D6
Eficientes
Intermedios
Pobres
CYP2C19
Flujograma paciente esquizofrénico
Algoritmo farmacológico - segundo nivel
Continuación
del
tratamiento
SÍ
NO
Mantenimiento/
Estabilización
Reacciones
adversas?
Alta
SÍ
SÍ
SÍ
Seguimiento
paciente
Algoritmo
farmacológico
Elegir NGA
Respuesta
adecuada?
NO
Respuesta
adecuada?
Elegir NGA ≠
NO
Respuesta
adecuada?
Elegir NGA ≠
NO
Quetiapina o
ziprasidona
risperidona
Olanzapina
sulpiride
NO
Respuesta
adecuada?
SÍ
Quetiapina o
Ziprasidona
+ risperidona
NO
Respuesta
adecuada?
SÍ
NO
Elegir FGA
Respuesta
adecuada?
SÍ
NO
Clozapina
Respuesta
adecuada?
SÍ
Combinar terapias:
NGA+FGA, combinación NGAs,
Otro fármaco (estabilizador)
CYP2D6 y CYP2C19
1.
Psiquiatría
•
•
2.
Clínica del dolor
•
•
•
3.
Antidepresivos
Opioides
Anticonvulsivantes
Cardiología
•
•
4.
Antipsicóticos
Antidepresivos
Beta-bloqueantes
Antiarrítmicos
Oncología
•
Tamoxifeno
Genotipaje del CYP450 en la prescripción de la
codeina
Ejemplo del metabolismo de la codeina
Para el 10-20% de los pacientes, el genotipaje del CYP2D6 puede ser útil antes de administrar
codeina
Codeina:
profármaco
metabolizado a
morfina por el
CYP450 2D6
Codeina en::
•Analgésicos
•Antitusivos
•Ejemplos:
•oxicodona
•hidrocodona
Metabolizadores
ultrarápidos:
Efectos secundarios:
•
•
•
Vértigos
Nauseas
Insomnio
Metabolizadores
lentos:
No dependen químicamente de
los opioides (concentración
menor en sangre)
ONCOFARMACOGENÉTICA Fundación Gallega de Medicina Genómica
FÁRMACO
GEN
POLIMORFISMO EFECTO
BIOQUIMICO
EFECTOS
SECUNDARIOS
ASOCIADOS
IRINOTECÁN
UGT1A1
PROMOTOR: [ A(TA)NTAA ]
WT:TA6
UGT1A1*28:TA7
DISMINUCIÓN DEL
70% DE LA
ACTIVIDAD
TRANSCRIPCIONAL
NEUTROPENIA
DIARREA
ASTENIA…
5-FU
1) DPYD
IVS14+1 G->A
DPYD*2 (alelo inactivo más
común-50% de los casos)
DELECCION DEL EXON
14 DE 165BP
(SKIPPING)
TOXICIDAD SANGUÍNEA
Y DIGESTIVA
2) TYMS
a) VNTR de 28 bps en región
promotora:
WT: TSER*2
MUT: TSER*3
A MÁS REPETICIONES
AUMENTA LA
EFICACIENCIA EN LA
TRADUCCION
NIVELES PROTEICOS DE
TS INVERSAMENTE
RELACIONADOS CON
RESPUESTA CLÍNICA AL
TUMOR
c) SNP G->C en nucleótido
12 de segunda repetición en
TSER*3
HAPLOTIPOS DE ALTA
Y BAJA EXPRESION
ALTA:2R/3G,3C/3G,3G
/3G
BAJA:2R/2R,2R/3C,3C
/3C
MAYOR SUPERVIVENICA
EN LOS GRUPOS DE BAJA
EXPRESIÓN
b) Delección de 6bp en
3’UTR (1494)
DISMINUYE LA
ESTABILIDAD DEL
mRNA
3) MTHFR
a) SNP C677T (rs 1801133)
b) SNP A1298C
FACTORES
INDEPENDIENTES DE LA
RESPUESTA DEL
PACIENTE AL
TRATAMIENTO DEL
CÁNCER COLORRECTAL
CON 5FU
OXALIPLATINO
1)XRCC1
Arg399Gln (rs 25487)
NIVELES
INCREMENTADOS
DE ADN DEBIDO A
UNA INADECUADA
REPARACIÓN O
AUMENTO DE
TOLERACIA
PACIENTES CON UNO DE
LOS ALELOS
MUTADOS TIENEN UN
RIESGO CINCO
VECES MAYOR DE
FALLO EN LA
TERAPIA OX+5FU
2)ERCC1
Asn118Asn (rs 11615)
CAMBIO EN LA
EXPRESIÓN
RELACIONADO CON LA
RESPUESTA Y
SUPERVIVENCIA DE
LOS PACIENTES
3)ERCC2(XPD)
Lys751Gln (rs 13181)
4)GSTP1
Ile105Val (rs 1695)
5)EGFR
Repeticiones CA en intrón
1
wt: 16
mut: 16/18
16/20
(rs 11568315)
PACIENTES
HOMOCIGOTOS
MOSTRARON UNA
PROBABILIDAD 6-12
VECES MAYOR DE
PROGRESIÓN DE
CRC.
MENOS CAPACIDAD DE
DETOXIFICACIÓN
DE
CARCINÓGENOS
MAYOR TASA DE
SUPERVIVENCIA EN
TERAPIA 5FU/OX EN
INDIVIDUOS
HOMOCIGOTOS PARA
LA MUTACIÓN
PEOR RESPUESTA EN LOS
INDIVIDUOS CON 16
REPETICIONES A
OX/5FU
Factores ambientales y
respuesta farmacológica
Fármaco + F. ambiental
Gen 1
Gen 2
Gen 3
Gen 1
Gen 2
Gen 3
Enzim
a
Enzim
a
FÁRMACO
FÁRMACO
Farmacogenética: ¿útil en la
clínica?
• Los nuevos conocimientos son ya útiles si...
• Se conocen y aplican
• Potencialmente útil ya:
• En la identificación (y prevención) de causas de
interacciones medicamentosas
• En la identificación (y prevención) de causas de toxicidad
• En la identificación (y prevención) de causas de fracaso
terapéutico
¿Qué se puede hacer ?
• Ensayo y error
• Búsqueda de información actualizada
• Consulta con expertos
• Estudios de feno y/o genotipo
• Informe farmacogenético
Métodos en farmacogenética
• Genotipado fiable, rápido y asequible
permitirá:
•
Elección de fármaco individualizada
•
Administración de dosis óptimas
•
Predicción de respuesta terapéutica
•
Predicción de riesgo de toxicidad
•
Prevención de interacciones de riesgo
EL GENOTIPADO DE
POLIMORFISMOS ES
HOY RÁPIDO Y MUY
SEGURO
A B
Los tests AmpliChip: basados en la tecnología de
microarrays de Affimetrix
AmpliChip CYP450 CE-IVD
CYP450 2D6
& 2C19
labeled DNA target
Oligonucleotide probe
* *
*
*
*
To address the relevant genetic variations,
each array contains over 15,000 different
probes complementary to sense and antisense P450 genomic DNA. Probes range in
length from 18mer to 22mer
AmpliChip combina tecnologías gold standards en PCR y
microarray
AmpliChip CYP450 Test (CE-IVD) Work Flow
Sample Prep
Amplification
Fragmentation /
Labeling
PCR Front-End
Sample
QIAGEN
PCR
8 hrs
Array-based
Detection
Report
Scanning &
Analysis
Hybridization
EN PRÁCTICAMENTE TODAS LAS
ESPECIALIDADES MÉDICAS Y EN CASI
TODOS LOS GRUPOS DE FÁRMACOS
HAY DATOS FARMACOGENÉTICOS. EN
TOTAL DE UN 25% DE LOS FÁRMACOS
SE DISPONE DE INFORMACIÓN
FARMACOGENÉTICA
PharmGKB DATABASE
LA ATENCIÓN SE DEBE CENTRAR EN
AQUELLOS TRATAMIENTOS DE BAJA
EFICACIA, ELEVADO COSTE Y/O ALTOS
EFECTOS SECUNDARIOS
El cambio farmacogenético
• Necesidad de adaptar estructuras
• Formación y educación de profesionales
• Toma de decisiones respecto a los
fármacos candidatos a análisis
farmacogenéticos: estudios de coste eficacia
• Laboratorios y especialistas-Control de
calidad
• Aspectos éticos y legales
FARMACOGENÓMICA
EL FUTURO
i+d
Una de las mayores razones de la falta de
eficacia en el tratamiento es que muchas
enfermedades son en realidad síndromes de
etiopatogenia no bien conocida y de naturaleza
polifactorial y multigénica (enfermedad
genéticamente compleja-QTLs). La respuesta a
los fármacos es también un QTL.
El conocimiento de los genes involucrados en
QTLs es limitado
SNP: SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM
ATCGGCGTACCTGATTCCGAATCCGTATCG
ATCGGCGTACCTGAATCCGAATCCGTATCG
Distribución: 1 cada 300bp
10 millones de SNPs en el genoma humano
Tasa de mutación: 10-7
Aproximadamente 7,000,000 de SNPs con frecuencias validadas en
bases de datos públicas y privadas
WHAT IS A SNP MAP?
-3 billion nucleotide base pairs
-99% homology
-10 Million SNPs
Human
DNA
A SNP MAP
Human Genetic Association Study Design
Disease Responder
Adversory reactions
Affected people
Allele 1
Control Non-responder
No adversory reactions
Not affected people
Allele 2
Marker A:
Allele 1 =
Allele 2 =
Marker A is
associated with
Phenotype
Perfil de SNPs
Respuesta al medicamento
Perfil de SNPs
Pacientes sin efectos adversos
Pacientes con efectos
adversos
ESTUDIO POBLACIÓN
APLICACIÓN A INDIVIDUOS
Predictivo de no efectos
adversos
Predictivo de efectos
adversos
Spanish National Genotyping Center
Nodes:
Santiago:
SNPlex
Sequenom
Barcelona:
SNplex
Madrid:
Illumina
Budget: € 3 million/year
2003-2008
Infrastructure and personel to participate in
the International HapMap project and to carry
out large scale association studies
1152 Multiplex for 96 DNAs by Individual Bead
•Rapid evolution from 384 > 768 > 1152plex
1,000,000 genotypes/day
40 proyectos
100 M genotipos
INVESTIGACIÓN EN ESTUDIOS DE
ASOCIACIÓN
NECESIDAD DE CONSORCIOS (REDES) Y
COLABORACIÓN
*LOS ESTUDIOS DE ASOCIACIÓN EXIGEN UN
ELEVADO NÚMERO DE MUESTRAS
*PROTOCOLOS COMUNES E HISTORIAS
CLÍNICAS BIEN DOCUMENTADAS
*HISTORIAL DE RESPUESTA AL TRATAMIENTO
BIEN DOCUMENTADO: EFECTOS SECUNDARIOS
*GENOTECAS DE POBLACIÓN CONTROL Y
AFECTA
*CONSENTIMIENTOS INFORMADOS Y
APROBACIÓN DE COMITÉS DE ÉTICA
Farmacogenética y
farmacogenómica
Un tratamiento para cada
paciente con el fármaco más
adecuado, a la dosis necesaria
para obtener la máxima eficacia
terapéutica con el mínimo riesgo
y costo.
Teresa Ramos, Artur Palet
Mercedes Puente, Jaime del Barrio
Roche Diagnóstica
Instituto Roche