Bio-chips y la aplicación de la genética en la práctica clínica

Angel CarracedoFundación Gallega de Medicina Genómica

Centro Nacional de Genotipado-USC

Oviedo, 30 de septiembre de 2005

Limited therapeutic efficacy in many TAsLimited therapeutic efficacy in many TAs

• Eficacia y respuesta limitada de los fármacos actuales

Cardiovascular: % No respondedoresACE-Inhibidores 10-30%Beta-Bloqueantes 15-35%Estatinas 10-60%

Antidepresivos:SSRIs 10-25%Antidepresivos tricíclicos 20-50%

Práctica médica actual: conduce a un tratamiento ineficiente

Ejemplos

• 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)

Papel de la Genética en la reducción de ADRs Impacto de Reacciones Adversas a los

Fármacos (ADRs)

La Farmacogenética beneficia directamente al 10-20% de las ADRs y se espera que contribuya a mejorar un 15-40% adicional de ADRs

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

1 en 107 1 en 106 1 en 105 1 en 104 1 en 103 1 en 102

Incremento del riesgo fatal (anual)

Reacción fatal frente al fármaco prescrito

Fuente: Consumer Reports, 9/99

Farmacogenética

Electrocución

Accidente aéreo

Asesinato

Accidente de coche

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:Farmacogenética:

Es el estudio de las diferencias genéticas que Es el estudio de las diferencias genéticas que

influencian la variabilidad individual en la respuesta a influencian la variabilidad individual en la respuesta a

fármacos (Roses, 2000)fármacos (Roses, 2000)

• Farmacogenómica:Farmacogenómica:

Identificación de nuevas dianas terapéuticas mediante Identificación de nuevas dianas terapéuticas mediante

herramientas genómicas. Medicina personalizadaherramientas genómicas. Medicina personalizada

CYP2D6+receptors

PharmGKB

FARMACOGENÉTICA: ¿Útil en la clínica?

Enzimas metabolizadoresEnzimas metabolizadores

De: Evans & Relling, Science 286:487-491, 1999De: Evans & Relling, Science 286:487-491, 1999

1B1 1A1 2A6 2B6 2E1 1A2 2C19 2C9 2D6 3A

1,30 2,50 2,50 3,40 4,10 8,20 8,30 15,80 18,8034,10

CYP Home Page, 2000CYP Home Page, 2000

Citocromos P450: papel en el Citocromos P450: papel en el metabolismo de fármacosmetabolismo de fármacos

CYP2D6•Antiarrítmicos

•Antidepresivos

•Beta-bloqueantes

•Neurolépticos

•Otros:•Codeina•Debrisoquina•Fenformina•Indopamina•Tamoxifeno

CYP2D6 y CYP2C19: fármacos metabolizados (aprox. un 25% de los fármacos prescritos)

Ejemplos de sustratos

CYP2C19•Anticonvulsivantes: mefenitoína

•Inh. Bomba protones: omeprazol

•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 metabolizadorGenotipo Tipo de respuesta a dosis típicas

Lento

Intermedio

Eficiente

Ultrarrápido = Reacciones adversas

= Intervalo terapéutico

= No efectivo

Conc.

Tiempo

Actividad

normal

Actividad

reducida

no activida

d

= Reacciones adversas

= Intervalo terapéutico

= No efectivo= Reacciones adversas

= Intervalo terapéutico

= No efectivo= Reacciones adversas

= Intervalo terapéutico

= No efectivo

•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

Genotipaje del CYP2D6 en la dosificación de antidepresivos

Ejemplos

El genotipaje ayuda a una dosificación adecuada:

Fármaco

Porcentaje de la dosis normal

UM EM IM PM

- 130% 80% 20%

Fuente: Kirchheiner et al., Acta Psychiatr. Scand 2001: 104: 173-192

Venlafaxina260%130% 80% 20%Desipramina

- 120% - 60%Fluoxamina

300% 110% - 70%Mianserine

“Poor metaboliser” allele leads to plasma drug concentrationgreater incidence of side effects - e.g. sedation, postural hypotension, tardive dyskinesia

•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)

Antidepresivos y antipsicóticos: genotipaje con CYP2D6

CYP2D6 y el metabolismo de fármacos en Psiquiatría

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

Antipsychotics

 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

PM IM UM EM

Approximate dose adjustments according to the CYP2D6 phenotype as based on the meta-analysis by Kirchheiner et al. (Mol. Psy. 2004)

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

1

1xN

2

41

2xN

3

4

5(del)

6

9

10

17

35

1

1xN

2

41

2xN

3

4

5(del)

6

9

10

17

35Galicia 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

Eficientes

Intermedios

Pobres

Ultrarápidos

1%8%

14%

CYP2D6

Eficientes

Intermedios

Pobres

24%

1%

CYP2C19

Flujograma paciente esquizofrénico

Algoritmo farmacológico - segundo nivel

Elegir NGA

risperidonaOlanzapina

sulpiride

Respuestaadecuada?

Elegir NGA ≠ Elegir NGA ≠

Quetiapina oZiprasidona

+ risperidona

Quetiapina o ziprasidona

Respuestaadecuada?

Respuestaadecuada?

Respuestaadecuada?

Respuestaadecuada?

Respuestaadecuada?

Elegir FGA Clozapina Combinar terapias:

NGA+FGA, combinación NGAs, Otro fármaco (estabilizador)

Respuestaadecuada?

Seguimientopaciente

Algoritmofarmacológico

Reaccionesadversas?

Mantenimiento/Estabilización Alta

Continuacióndel

tratamiento

SÍ NO

SÍSÍ

SÍ

SÍSÍ SÍ SÍ

NO

NO NO NO

NO NO NO

1. Psiquiatría• Antipsicóticos• Antidepresivos

2. Clínica del dolor• Antidepresivos• Opioides• Anticonvulsivantes

3. Cardiología• Beta-bloqueantes• Antiarrítmicos

4. Oncología• Tamoxifeno

CYP2D6 y CYP2C19

Genotipaje del CYP450 en la prescripción de la codeina

Ejemplo del metabolismo de la codeina

Metabolizadores ultrarápidos: Efectos secundarios:

• Vértigos• Nauseas• Insomnio

Metabolizadores lentos:No dependen químicamente de los opioides (concentración menor en sangre)

Codeina en::

•Analgésicos

•Antitusivos

•Ejemplos:•oxicodona•hidrocodona

Para el 10-20% de los pacientes, el genotipaje del CYP2D6 puede ser útil antes de administrar codeinaCodeina: profármaco metabolizado a morfina por el CYP450 2D6

ONCOFARMACOGENÉTICA

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

NEUTROPENIADIARREAASTENIA…

5-FU 1) DPYD IVS14+1 G->ADPYD*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*2MUT: 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 EXPRESIONALTA:2R/3G,3C/3G,3G/3GBAJA: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

Fundación Gallega de Medicina Genómica

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) 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: 16mut: 16/18 16/20(rs 11568315)

PEOR RESPUESTA EN LOS INDIVIDUOS CON 16 REPETICIONES A OX/5FU

Factores ambientales y Factores ambientales y

respuesta farmacológicarespuesta farmacológica

Enzima

Enzima

Enzima

Enzima

Fármaco + F. ambientalFármaco + F. ambientalGen 1Gen 1

Gen 2Gen 2Gen 3

FÁRMACO

Gen 1Gen 1Gen 2Gen 2

Gen 3

FÁRMACO

Farmacogenética: ¿útil en la Farmacogenética: ¿útil en la clínica?clínica?

• Los nuevos conocimientos son ya útiles si...Los nuevos conocimientos son ya útiles si...

• Se conocen y aplicanSe conocen y aplican

• Potencialmente útil ya:Potencialmente útil ya:

• En la identificación (y prevención) de causas de En la identificación (y prevención) de causas de

interacciones medicamentosasinteracciones medicamentosas

• En la identificación (y prevención) de causas de toxicidadEn la identificación (y prevención) de causas de toxicidad

• En la identificación (y prevención) de causas de fracaso En la identificación (y prevención) de causas de fracaso

terapéuticoterapéutico

¿Qué se puede hacer ?¿Qué se puede hacer ?

• Ensayo y errorEnsayo y error

• Búsqueda de información actualizadaBúsqueda de información actualizada

• Consulta con expertosConsulta con expertos

• Estudios de feno y/o genotipoEstudios de feno y/o genotipo

• Informe farmacogenéticoInforme farmacogenético

• 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

Métodos en farmacogenéticaMétodos en farmacogenética

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

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

labeled DNA target

Oligonucleotide probe

**

**

*

CYP450 2D6 & 2C19

AmpliChip combina tecnologías gold standards en PCR y microarray

AmpliChip CYP450 Test (CE-IVD) Work Flow

PCR Front-End

Array-based Detection

8 hrs

Sample Prep

Scanning &

Analysis

QIAGEN

Amplification Fragmentation / Labeling

Hybridization

PCR

Report

Sample

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

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

FARMACOGENÓMICA

EL FUTURO i+d

SNP: SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM

ATCGGCGTACCTGATTCCGAATCCGTATCGATCGGCGTACCTGAATCCGAATCCGTATCG

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

DNAA SNP MAP

Disease ResponderAdversory reactions

Affected people

Control Non-responderNo adversory reactions

Not affected people

Allele 1 Allele 2

Marker A is associated with

Phenotype

Marker A:

Allele 1 =

Allele 2 =

Human Genetic Association Study Design

Perfil de SNPsPerfil de SNPsRespuesta al medicamentoRespuesta al medicamento Perfil de SNPsPerfil de SNPs

Pacientes sin efectos adversos

Pacientes con efectos adversos

Predictivo de no efectosadversos

Predictivo de efectos adversos

ESTUDIO POBLACIÓN

APLICACIÓN A INDIVIDUOS

Spanish National Genotyping Center

Nodes:

Santiago: SNPlex

Sequenom

Barcelona: SNplex

Madrid: Illumina

Budget: € 3 million/year

2003-2008Infrastructure 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

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

INVESTIGACIÓN EN ESTUDIOS DE ASOCIACIÓN

Farmacogenética y Farmacogenética y farmacogenómicafarmacogenómica

Un tratamiento para cada paciente Un tratamiento para cada paciente

con el fármaco más adecuado, a con el fármaco más adecuado, a

la dosis necesaria para obtener la la dosis necesaria para obtener la

máxima eficacia terapéutica con el máxima eficacia terapéutica con el

mínimo riesgo y costo.mínimo riesgo y costo.

Teresa Ramos, Artur Palet

Roche Diagnóstica

Mercedes Puente, Jaime del Barrio

Instituto Roche