Estado físico de la insulina

Presentación del tema: "Estado físico de la insulina"— Transcripción de la presentación:

1 Estado físico de la insulina
Amorfo Cristalino

2 Estado físico de la insulina (II)
Amorfo Cristalino Observac. Cristalina x Semilenta NPH Lenta 30%A;70%C Ultralenta PZI Brange, J

3 Estado fisicoquímico III
El caso de la insulina NPH Insulina cocristalizada con cierta cantidad de la proteína básica Protamina -Se trata de una suspensión microcristalina Beavis et al., J.Pharm.Sci.,1999

4 Insulina: propiedades fisicoquímicas relevantes
6 Punto isoeléctrico De la insulina Z -10 6 12 pH Seis residuos capaces de adquirir carga + Diez residuos capaces de adquirir carga -

5 Insulina: propiedades fisicoquímicas relevantes
Solubilidad Naturaleza del solvente pH Temperatura Concentración de metales divalentes Concentración de sales

6 Insulina: propiedades fisicoquímicas relevantes
Zinc Binding 4 Zn H (Zn) (Ins) 4 Zn R H MC D M 2 Zn H 2 Zn R CO CC pH

7 Preparados insulínicos
Insulina Principio “retardante” Preservativos Fenol m-cresol metilparabeno Agentes isotónicos ClNa (glicerol) Buffers Acetato Fosfato

8 Estabilidad química de la insulina
Agentes Bacteriostáticos Efecto estabilizante profundo Fenol>m-cresol>metilparabeno Efecto preventivo de la deaminación y de las reacciones cross-linking intermolecular Agentes isotónicos ClNa: estabilizante Glucosa, glicerol: incrementan el deterioro químico Protamina Formación de productos covalentes insulina- protamina Brange & Langkjaer, 1992

9 Estabilidad química de la insulina
Efectos del pH A pH por debajo de 5 y por encima de 8 degradación rápida A pH ácido, deaminación en posición A21 y dimerización covalente Medio Alcalino: polimerización covalentes por reacciones disulfuro Brange & Langkjaer, 1992

10 Conservación de las insulinas
Corriente 25°C 20% 20% 15°C Lenta 10% 4°C años 1 año Contenido de desamidoinsulina. Insulina corriente porcina Desamidación según preparado Brange et al, 1985

11 Preparados insulínicos: Criterios de Clasificación
Por su origen: Animales Bovinas Porcinas Humanas Semisintéticas, transpeptidadas o “humanizadas” Por bioingeniería E. coli S. cerevisciae

12 Insulinas: clasificación según la duración de acción
Comienzo Pico Duración Insulinas ultrarrápidas Lispro <0.5 h h h B28Asp <0.5 h h h Insulinas rápidas Regular h h h Insulinas intermedias NPH h h h Lenta (h) h h h Lenta (Bv) h h h Insulinas Prolongadas Ultralenta (h) 2.5 h h h Ultralente (Bv) 3 h h h

13 Pureza Cristalización facilitada por Zn+2 Recristalización
Cromatografía Intercambio iónico En Gel Doble cromatografía (MC) Otros

14 Agonistas insulínicos
Drogas que presentan: Afinidad por el receptor insulínico (1/KD) Actividad intrínseca Aspectos importantes: Farmacodinámicos Afinidad Potencia Eficacia Interacción con otros receptores Farmacocinéticos

15 Agonistas insulínicos
Insulina Galénica convencional Innovaciones farmacéuticas Insulina inhalatoria HDV-I Insulinas orales Análogos de la insulina De acción ultrarrápida De acción prolongada Selectivos Modificadores de la actividad del receptor

16 Disociación de la Insulina tras la inyección subcutánea
Tejido s.c. Mol/l 10-3 10-4 10-5 10-8 Difusión Membrana Capilar Adapted from Brange et al. 1990

17 Acción de la Insulina Receptor de Insulina
Actividad de Insulina Tirosina Kinasa Proteínas transductoras de la señal Insulínica Efectos Metabólicos Efectos Mitogénicos

18 Insulinas orales Hexil-Insulina Monoconjugado 2 (HIM2)
Insulina modificada por el agregado de oligómeros poliméricos que resisten la degradación gastrointestinal Dadona et al (2001): 15 pacientes tipo 1 Clement et al (2001): 18 pacientes tipo 1

19 Insulinas La insulina puede formar figuras poliméricas complejas
Sin embargo, circula como monómero Ka es función del tiempo de “despolimerización”

20 Análogos de insulina Los efectos mitogénicos correlacionan mejor con la afinidad por el receptor a IGF-1 Lys-Pro y B28 Asp tienen similar afinidad por receptores a IGF-1 que Insulina Glargina: el caso de su afinidad por IGF-1 r Kurtzhals et al, Diabetes 49, 6, 2000

21 Análogos: requisitos Control Metabólico Hipoglucemia Calidad de Vida
Perfil Variabilidad Hipoglucemia Calidad de Vida Seguridad EFECTOS MITOGENICOS INMUNOGENICIDAD ESTABILIDAD

22 Análogos de acción rápida
Repulsión de cargas AspB28 AspB9,GluB27 GluB28,AspA21 Disminución de la hidrofobicidad interface GluB16,GluB27 Interferencia con los contactos hidrofóbicos LysB28,ProB29

23 Lys-Pro Análogo En preparados, se halla formando hexámeros (estabilizados por zinc y derivados fenólicos a 4°C) Los hexámeros se disocian en monómeros casi instantáneamente tras la inyeción subcutánea Bolli et al, Diabetologia, 1999, 42: Radziuk et al, Diabetes, 1997, 46:

24 Insulin aspartica Pro Asp Phe Gly Phe Arg Tyr Glu Thr Gly Asp Cys Lys
B28 B30 Thr A21 Asn Cys Val Tyr Leu A1 Gly Asn Tyr Ile Glu Leu Val Leu Ala Glu Gln Glu Gln Tyr Val Cys Leu Cys Thr Ser Ser Ile Cys Leu His Ser Gly Cys Leu B1 Phe Val Asn Gln His

25 Estructuras Cristalinas
Insulina aspartica Insulina humana nativa B30 Thr B29 Lys B21’ Glu B22’ Arg B23’ Gly B27 Thr 3.7Å B28 Pro/Asp Adapted from Brange, Vølund. 1999

26 Análogos de acción rápida
Metaanálisis de Brunelle Datos de 8 estudios 2327 pacientes con Análogo Ultrarrápido 2339 pacientes con insulina regular Técnica: Cochran-Mantel-Haenszel Resultados: al menos 1 episodio en 3.1% de los pacientes con análogo rápido y en 4.4% de los tratados con insulina regular (p=0.024) Anderson et al. Arch.Intern.Med.1997,157:

27 NovoRapid en Niños tipo 1
Insulina aspartica Soluble humana (0.15 U/kg) 10 8 Cambios en la glucosa sérica (mmol/l) 6 4 2 -30 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Desayuno Tiempo (minutos)

28 Perfil Glucémico con insulina corriente en Tipo 1
Niveles normales de insulin libre (Mean) s.c. soluble humana + NPH Comidas 70 60 50 Insulina (mU/l) 40 30 20 10 0600 0900 1200 1500 1800 2100 2400 0300 Hora del Día Desayuno Almuerzo Cena NPH Adapted from Polonsky et al. 1988

29 Análogos de acción rápida
Hipoglucemias leves 5 / 22 Hipoglucemias severas 2 / 12 Hipoglucemia nocturna 6 / 24 Heinemann, L. Journal of Diabetes and Its Complications, 1999,13:105

30 Variabilidad

31 Análogos de acción prolongada
Análogos con punto isoeléctrico neutral Análogos “acilados” Otros análogos

32 Análogos de acción prolongada por cambios en el punto isoeléctrico
El caso de la A21 Gly, B27 Arg, B30 Thr-NH2 Baja variación intraindividual Alta variación interindividual Baja biodisponibilidad La diarginil insulina (B31, B32 Arg insulina) La insulina glargina (21A-Gly-30Ba-L-Arg-30Bb-L-Arg) Otras aproximaciones: B13 Gln, B27 Arg, B30 Thr-NH2

33 Glargina Punto isoeléctrico pH 5.4 6.7 + 0.2
La molécula es soluble en medio ligeramente ácido Menor solubilidad al pH fisiológico del tejido s.c.

34 Análogos “acilados” Lys-B29 tetradecanoyl, des B30 (NN 304)
N()-Palmitoyl Lys B 29 (WW29-S32)

35 Insulin Detemir (NN304) C14 Cadena de ácido graso (Acido Mirístico)
Phe Gly Phe Arg Tyr Glu Thr Gly Pro Lys Cys Thr Lys B29 A21 Asn Cys Val Tyr Leu A1 Gly Asn Tyr Ile Glu Leu Val Leu Ala Glu Gln Glu Gln Tyr Insulin detemir is an engineered analogue of insulin, produced by recombinant DNA techniques. The amino acid threonine at the B30 position has been removed, and a 14-carbon fatty acid has been attached to the amino acid lysine at position B29. These modifications to the insulin molecule radically change its properties of absorption and distribution, leading to a protracted action profile. Insulin detemir is also soluble at neutral pH. Val Cys Leu Cys Ser Thr Ser Ile Cys Leu His Ser Gly Cys B1 Phe Val Leu Asn Gln His

36 Mecanismo de enlentecimiento en la insulina detemir
ASH ASH ASH ASH Absorción ASH Interacción con el receptor ASH ASH ASH The mechanism of protraction of insulin detemir is believed to occur by a combination of hexamer-aggregation and albumin binding. Insulin detemir is injected as hexamers, and these hexamers aggregate by contact between the 14-carbon fatty acid side chains. Importantly, insulin detemir binds to interstitial albumin at the injection site. It is released slowly from this albumin as monomers, which are absorbed into the circulation. Here, the insulin detemir monomer again binds to albumin, protracting its distribution to the target tissue. Insulin detemir is more than 98% albumin-bound in plasma. Finally, albumin binding in the target tissue may further protract the action of insulin detemir, because only the free (unbound) insulin detemir is available to interact with the insulin receptor. As well as being largely albumin-bound, the subcutaneous depot of insulin detemir differs to that of other long-acting insulins, such as NPH and glargine, in that it is soluble rather than crystalline. This means it has a greater surface area and is therefore expected to to be absorbed with less variability. Capilar Distribución ASH IR ASH ASH ASH: albúmina sérica humana

37 Unión al receptor de Insulina
1000 Insulina Humana 800 Insulina detemir 600 Radiactividad unida (cpm) 400 In vitro binding experiments have shown insulin detemir to have a lower affinity for the insulin receptor than human insulin. This would imply that higher molar doses would be needed to achieve the same insulin receptor-mediated physiological effects. The plot shows the radio-active trace of radio-labelled insulin recovered from microtitre plate-fixed soluble human insulin receptors, when different levels of human insulin or detemir were added as competitor ligands. Human insulin was seen to compete (and hence reduce the recovery of radio-labelled ligand from the microtitre plates) at lower concentrations than insulin detemir. 200 Kurtzhals et al. Diabetes 2000,49: -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 Log de la Concentración de Insulina (M)

38 NN304: Potencia metabólica
pmol/ml 400 800 1200 1600 2000 .01 0.1 1 10 100 CPM Potencia Metabólica (%) Lipogénesis, adipocitos de ratón Con respecto a la insulina humana rHI Insulina Humana 100 Detemir Insulina detemir ~ 27 Kurtzhals et al. Diabetes 2000,49:

39 Afinidad Insulina-Receptor
La Potencia metabólica se correlaciona con la afinidad Insulina - Receptor Afinidad Insulina-Receptor Potencia metabólica Insulina Humana = 100 = 100 B10Asp 205 ± 20 207 ± 14 Insulina aspártica 92 ± 6 101 ± 2 Insulina lispro 84 ± 6 82 ± 3 Insulina glargina 86 ± 3 60 ± 3 Insulina detemir ca 18–46 ca 27 Kurtzhals P et al. Diabetes 2000;49:999

40 Unión con el Receptor de IGF-1
Saos / B10 Células 18000 14000 10000 Radiactividad (cpm) 6000 IGF-1 Insulina Humana 100% X10 975% 2000 NN ca. 11% -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 Ligando (M) Kurtzhals et al. Diabetes 2000;49:

41 Afinidad Receptor - IGF-I y Potencia Mitogénica
(Saos/B10 células) Afinidad IGF-1 - Receptor Insulina Humana = 100 = 100 B10Asp 587 ± 50 975 ± 173 Insulina aspártica 81 ± 9 58 ± 22 Insulina lispro 156 ± 16 66 ± 10 Insulina glargine 641 ± 51 783 ± 13 Insulina detemir 16 ± 1 ~ 11 Kurtzhals P et al. Diabetes 2000;49:999

42 Selectividad Análogos “hepatoselectivos” El caso de la proinsulina
Análogos diméricos N()B1,N()B´1-suberoyl- dímero N()B29, N()B´29-suberoyl- dímero Tiroxil análogos N1-tiroxil-insulina N1-tiroxil-aminohexanoil-insulina Vajo & Duckworth, Pharmacological Reviews, 52,1,2000

43 Análogos: puntos a destacar desde la óptica del ensayo clínico
Menor frecuencia de hipoglucemias nocturnas y severas Menor incremento de peso corporal Distinta potencia Similar eficacia Rediseño del esquema de tratamiento

44 Insulina inhalatoria AERx Aerosol particulado fino
“Mass Median Aerodynamic Diameter”: 2-3 micrones Perfil de duración del efecto similar al de los análogos Ultrarrápidos Inhaladores: liberación de la insulina cuando la velocidad Inspiratoria y el volumen inhalado son apropiados

45 Insulina inhalatoria AERx s.c. Tmáx 7-20 min 50-60 min
TGmin min min Covariados que modifican respuesta: Profundidad de la inspiración (40% vs 80% de capacidad vital).

46 Insulina inhalatoria Technosphere/Insulin
Biodisponibilidad a 3 horas: 15-25% Tiempo al efecto máximo: min (vs min) Exubera (polvo seco) Tos: 21% vs 3% - No discontinuación Tests de función pulmonar: sin modificaciones

47 Insulina inhalatoria Biodisponibilidad Bioseguridad
Estudios en asmáticos Estudios en fumadores

48 Insulina subcutánea Revierte el gradiente usual porto / periférico de
la insulina Davis et al., 2001 Ello determina una cierta hipoinsulinemia hepática relativa Sólo un 1% de la insulina inyectada en forma s.c. alcanza a los hepatocitos Canfield et al, 1972

49 Insulinas hepatoselectivas
Control hepático de la producción de glucosa por insulina Mecanismos periféricos - reducción del flujo de ácidos grasos y de sustratos gluconeogenéticos Lewis et al, 1996 Mecanismos hepáticos directos - Incremento de la captación hepática de glucosa - Inhibición directa de la gluconeogénesis Davis et al, 2001

50 Captación de glucosa por el hígado en función de la insulinemia portal
Capt Glucosa (umol/Kg/min) Grupo Myers et al, 1991

51 Insulinas hepatoselectivas
Análogas Liposomales + “specific hepatobiliary target molecule” (SHTM) insulina soluble liposomal + ácido 2,6 diisopropil-fenil-carbamoil metil iminodiacético = insulina HDV (“Hepatic Directed Vesicle Insulin”)

52 HDV-I Captación Hepática

53 Beta-hidroxibutirato y HDV-I
Concentración de b-hidroxibutirato (umol/l) * *p<0.05 Davis et al, 2001

54 Selectividad Análogos “hepatoselectivos” El caso de la proinsulina
Análogos diméricos N()B1,N()B´1-suberoyl- dímero N()B29, N()B´29-suberoyl- dímero Tiroxil análogos N1-tiroxil-insulina N1-tiroxil-aminohexanoil-insulina Vajo & Duckworth, Pharmacological Reviews, 52,1,2000