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: % No respondedores ACE-Inhibidores 10-30% Beta-Bloqueantes 15-35% Estatinas 10-60% Antidepresivos: SSRIs 10-25% Antidepresivos tricíclicos 20-50% The internal communications team: ...

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 Las ADRs ocurren en un 32% de los pacientes hospitalizados (el 6.7% de los pacientes sufren ADR’s severas) La Farmacogenética beneficia directamente al 10-20% de las ADRs y se espera que contribuya a mejorar un 15-40% adicional de ADRs The internal communications team: ... Fuente: Ingelman-Sundberg M. Int Med, 2001; Pirmohamed M, Park, B K, Trends in Pharmacological Sciences, June 2001

Incremento del riesgo fatal (anual) Farmacogenética: reducción de riesgos de la terapia Comparación de riesgos fatales Incremento del riesgo fatal (anual) 1 en 107 1 en 106 1 en 105 1 en 104 1 en 103 1 en 102 Electrocución Accidente aéreo Asesinato Accidente de coche The internal communications team: ... Farmacogenética Reacción fatal frente al fármaco prescrito Fuente: Consumer Reports, 9/99

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 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 CYP Home Page, 2000

CYP2D6 y CYP2C19: fármacos metabolizados (aprox CYP2D6 y CYP2C19: fármacos metabolizados (aprox. un 25% de los fármacos prescritos) Ejemplos de sustratos CYP2D6 Antiarrítmicos Antidepresivos Beta-bloqueantes Neurolépticos Otros: Codeina Debrisoquina Fenformina Indopamina Tamoxifeno CYP2C19 Anticonvulsivantes: mefenitoína Inh. Bomba protones: omeprazol Anticoagulantes Benzodiacepinas: diazepam Antimaláricos: clorproguanil Barbituratos Antidepresivos: Amitriptilina (parcialmente) Citalopram Imipramina Oncología: ciclofosfamida The internal communications team: ... 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 = Intervalo terapéutico = No efectivo Conc. Tiempo = Reacciones adversas = Intervalo terapéutico = No efectivo Eficiente Actividad normal Actividad reducida The internal communications team: ... = Reacciones adversas = Intervalo terapéutico = No efectivo Intermedio no actividad 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 El genotipaje ayuda a una dosificación adecuada: Porcentaje de la dosis normal Fármaco UM EM IM PM Venlafaxina - 130% 80% 20% Desipramina 260% 130% 80% 20% Fluoxamina - 120% - 60% The internal communications team: ... Mianserine 300% 110% - 70% “Poor metaboliser” allele leads to  plasma drug concentration greater incidence of side effects - e.g. sedation, postural hypotension, tardive dyskinesia Fuente: Kirchheiner et al., Acta Psychiatr. Scand 2001: 104: 173-192

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) The internal communications team: ...

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  Trimipramine 37 83 125 175  Desipramine 40 76 117 165  Nortriptyline 48 90 115 155  Clomipramine 60 85 112 145  Paroxetine 65 108 143  Venlafaxine 68 105  Amitriptyline 70 135  Mianserin 87 110 Antipsychotics  Perphenazine 80  Thioridazine 82 127  Olanzapine 50 100  Zuclopenthixol 55 142  Aripiprazole  Flupentixol  Haloperidol 67 126

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 Cataluña n: 105 Sánchez-Diz, Clin Chem, in press Menoyo et al. Cell Biochem Funct, 2005

Tipo de metabolizadores para CYP2D6 y CYP2C19 en Galicia 1% 1% 8% 24% 14% CYP2C19 CYP2D6

Flujograma paciente esquizofrénico Algoritmo farmacológico - segundo nivel Continuación del tratamiento SÍ Reacciones adversas? NO Mantenimiento/ Estabilización Alta SÍ SÍ SÍ Respuesta adecuada? Respuesta adecuada? Respuesta adecuada? Seguimiento paciente Algoritmo farmacológico NO NO NO Elegir NGA Elegir NGA ≠ Elegir NGA ≠ Quetiapina o ziprasidona risperidona Olanzapina sulpiride Respuesta adecuada? NO Respuesta adecuada? NO Respuesta adecuada? NO Respuesta adecuada? NO Quetiapina o Ziprasidona + risperidona Combinar terapias: NGA+FGA, combinación NGAs, Otro fármaco (estabilizador) Elegir FGA Clozapina SÍ SÍ SÍ SÍ

CYP2D6 y CYP2C19 Psiquiatría Clínica del dolor Cardiología Oncología Antipsicóticos Antidepresivos Clínica del dolor Opioides Anticonvulsivantes Cardiología Beta-bloqueantes Antiarrítmicos Oncología Tamoxifeno The internal communications team: ...

Metabolizadores ultrarápidos: Efectos secundarios: 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) The internal communications team: ...

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 2)ERCC1 3)ERCC2(XPD) 4)GSTP1 5)EGFR 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) PACIENTES HOMOCIGOTOS MOSTRARON UNA PROBABILIDAD 6-12 VECES MAYOR DE PROGRESIÓN DE CRC. 4)GSTP1 Ile105Val (rs 1695) MENOS CAPACIDAD DE DETOXIFICACIÓN DE CARCINÓGENOS MAYOR TASA DE SUPERVIVENCIA EN TERAPIA 5FU/OX EN INDIVIDUOS HOMOCIGOTOS PARA LA MUTACIÓN 5)EGFR Repeticiones CA en intrón 1 wt: 16 mut: 16/18 16/20 (rs 11568315) PEOR RESPUESTA EN LOS INDIVIDUOS CON 16 REPETICIONES A OX/5FU

Factores ambientales y respuesta farmacológica Fármaco + F. ambiental Gen 1 Gen 1 Gen 2 Gen 2 Gen 3 Gen 3 Enzima Enzima 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 B

Los tests AmpliChip: basados en la tecnología de microarrays de Affimetrix AmpliChip CYP450 CE-IVD * * * * labeled DNA target CYP450 2D6 & 2C19 * Oligonucleotide probe To address the relevant genetic variations, each array contains over 15,000 different probes complementary to sense and anti-sense P450 genomic DNA. Probes range in length from 18mer to 22mer The internal communications team: ...

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 The internal communications team: ... Array-based Detection Scanning & Analysis Report 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 LA ATENCIÓN SE DEBE CENTRAR EN AQUELLOS TRATAMIENTOS DE BAJA EFICACIA, ELEVADO COSTE Y/O ALTOS EFECTOS SECUNDARIOS PharmGKB DATABASE

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 Control Non-responder No adversory reactions Not affected people Allele 1 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

1,000,000 genotypes/day 40 proyectos 100 M genotipos 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 Roche Diagnóstica Mercedes Puente, Jaime del Barrio Instituto Roche