Aplicaciones | Farmacología y Toxicología
Farmacología y toxicología
Descubrir vías metabólicas alteradas durante el desarrollo de fármacos y las evaluaciones de ensayos clínicos.

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Metabolómica en farmacología y toxicología
La evaluación precisa del mecanismo de acción y los efectos adversos de los medicamentos es una parte fundamental del proceso de descubrimiento y desarrollo de fármacos. Un gran número de fármacos fracasan, a menudo después de haber llegado a los ensayos clínicos, debido a una evaluación ineficaz de su eficacia y toxicidad. Además, la falta de identificación del paciente para el que funciona un fármaco es responsable de que un gran número de medicamentos fracasen o muestren menos eficacia de la esperada en los ensayos clínicos, un reto que puede abordarse caracterizando el modo de acción y los efectos adversos específicos de cada paciente.
La metabolómica desempeña un papel cada vez más importante en farmacología y toxicología para aumentar las probabilidades de que los fármacos avancen en los ensayos clínicos.Puede utilizarse para predecir la eficacia y/o toxicidad de un fármaco basándose en modelos matemáticos de firmas de metabolitos anteriores a la intervención, así como para facilitar una mejor comprensión del mecanismo de acción de un fármaco y la capacidad de predecir su impacto en los pacientes mediante la combinación de perfiles metabólicos previos al tratamiento y a lo largo del tiempo durante el mismo.
Para comprender mejor las interacciones fármaco-metabolito que pueden ayudar a evaluar la eficacia, toxicidad y seguridad de un fármaco, se ha creado un atlas de las asociaciones entre fármacos de prescripción habitual y 150 metabolitos plasmáticos. Este atlas ya se ha utilizado para descubrir y validar una serie de asociaciones enfermedad-metabolito y efectos del tratamiento, lo que demuestra la utilidad de los datos metabolómicos en el avance de las evaluaciones farmacológicas y toxicológicas en el descubrimiento y desarrollo de fármacos.

Descubra información funcional y práctica con la metabolómica
Es necesario comprender mejor el funcionamiento de los medicamentos y sus posibles efectos secundarios tóxicos en una fase mucho más temprana del proceso de desarrollo de fármacos. Metabolon puede proporcionar la información necesaria para caracterizar los mecanismos de acción de los fármacos e identificar los efectos tóxicos en una fase temprana. La metabolómica global puede proporcionar una visión de alto nivel, mientras que la metabolómica dirigida puede profundizar en aspectos específicos, lo que permite a los investigadores seleccionar los mejores candidatos terapéuticos y diseñar mejores ensayos clínicos para ayudar a reducir la tasa de fracasos de los fármacos.
Predicción de la toxicidad inducida por biológicos
La metabolómica puede ayudar a determinar la toxicidad de los fármacos biológicos, que no suelen tener reacción cruzada con especies distintas de la humana para la que se desarrollaron, lo que limita el uso de modelos animales para evaluar con precisión la toxicidad. Los investigadores combinaron la metabolómica y los datos de toxicidad mecanística de un modelo de sistema de microfisiología hepática humana biomimética (el Liver Acinus MicroPhysiology System; LAMPS) para caracterizar los mecanismos de lesión hepática inducida por fármacos para dos productos biológicos, tocilizumab y GGF2. A partir de estos datos, evaluaron la capacidad del modelo cuantitativo de toxicología de sistemas BIOLOGXsym™ para predecir la lesión hepática inducida por fármacos. Sus resultados demuestran que este modelo podría ser una herramienta prometedora para evaluar la toxicidad hepática y la seguridad de los nuevos productos biológicos antes de que avancen a los ensayos clínicos.
Beaudoin, J.J., Clemens, L., Miedel, M.T., et al. The Combination of a Human Biomimetic Liver Microphysiology System with BIOLOGXsym, a Quantitative Systems Toxicology (QST) Modeling Platform for Macromolecules, Provides Mechanistic Understanding of Tocilizumab- and GGF2-Induced Liver Injury. Int J Mol Sci 24, 11 (2023). doi: https://doi.org/10.3390/ijms24119692
Estratificación preclínica del riesgo de los pacientes
La metabolómica puede identificar los metabolomas de los pacientes que predicen la respuesta al tratamiento, lo que permite mejorar los enfoques terapéuticos. En un estudio publicado en Blood Advances, los investigadores utilizaron metabolómica no dirigida seguida de ensayos de validación de metabolómica dirigida para identificar metabolitos clave del huésped antes del tratamiento que pudieran predecir si los pacientes experimentarían el síndrome de liberación de citocinas o el síndrome de neurotoxicidad tras recibir terapia con células T CAR anti-CD19. Este estudio identificó claramente los metabolomas previos al tratamiento que podrían estratificar a los pacientes en función de su riesgo de sufrir efectos secundarios graves, lo que sugiere que la aplicación de una estrategia similar a nivel clínico podría ayudar a garantizar protocolos de tratamiento adecuados para los pacientes.
Jalota A, Hershberger CE, Patel MS, et al. Host metabolome predicts the severity and onset of acute toxicities induced by CAR T-cell therapy. Blood Adv. 2023;7(17):4690-4700. doi: 10.182/bloodadvances.2022007456
Desarrollo de nuevos fármacos
La metabolómica es una poderosa herramienta para identificar y validar nuevas dianas en el descubrimiento de fármacos.Por ejemplo, muy pocos fármacos se dirigen al metabolismo del cáncer, a pesar de que la alteración de las vías metabólicas es un rasgo distintivo de esta enfermedad.En un estudio publicado en Nature Medicine, los investigadores utilizaron la metabolómica en el desarrollo preclínico de una nueva molécula pequeña terapéutica contra el cáncer, el V-9302.El V-9302 se dirige selectivamente al transportador de aminoácidos ASCT2 para inhibir el transporte de glutamina, un aminoácido esencial para la biosíntesis, la señalización celular y otros procesos metabólicos en las células cancerosas.Los investigadores demostraron que el V-9302 atenuaba el crecimiento y la proliferación de las células cancerosas, aumentaba la muerte celular y el estrés oxidativo.Se trata del primer estudio que describe un inhibidor del transporte de glutamina en la investigación del cáncer y sienta las bases para otros estudios que podrían introducir una nueva clase de terapias dirigidas.
Schulte ML, Fu A, Zhao P, et al. El bloqueo farmacológico del transporte de glutamina dependiente de ASCT2 conduce a la eficacia antitumoral en modelos preclínicos. Nat Med. 2018;24(2):194-202. doi: 10.1038/nm.4464




Aplicaciones de la metabolómica a la investigación de la función y las enfermedades pulmonares
- EComprender el mecanismo de acción de los medicamentos
- EInvestigación en medicina personalizada
- EInvestigación en medicina de precisión
- EEstratificación de pacientes
- EComprender los efectos no deseados
- EReutilización de fármacos
- EPruebas de seguridad de medicamentos
- EPredicción del riesgo de tratamiento
- EPredicción del riesgo a largo plazo

"La cartografía de estas asociaciones fármaco-metabolito inexploradas es crucial para la investigación y la práctica farmacoepidemiológica, ya que puede abrir nuevas vías para mejorar la eficacia de los fármacos, permitir la reasignación de fármacos y mejorar nuestra comprensión de los efectos no diana de los fármacos que se producen en el paciente individual."
Liu, J., Lahousse, L., Nivard, M.G. et al.
Integration of epidemiologic, pharmacologic, genetic and gut microbiome data in a drug-metabolite atlas. Nat Med 26, 1 (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x
Confirmación del modo de acción de un inhibidor de la sintasa de ácidos grasos (FASN) en combinación y como monoterapia para múltiples cánceres
La sintasa de ácidos grasos (FASN) se sobreexpresa en diversos tumores sólidos y hematopoyéticos, como los de pulmón no microcítico, mama, ovario, próstata, colon, páncreas y linfoma, y el aumento de FASN en función del estadio del cáncer está inversamente correlacionado con la supervivencia. Aunque los estudios han demostrado que la inhibición de FASN puede restaurar la sensibilidad a muchos tratamientos, así como inducir la apoptosis de las células tumorales e inhibir el crecimiento tumoral en xenoinjertos de ratón, los inhibidores de FASN no se han estudiado en gran medida en ensayos clínicos. En 2021, el primer inhibidor humano de FASN que se sometió a estudios clínicos, el TVB-2640, se sometió a un ensayo clínico de fase I para determinar su toxicidad dosis-límite y la dosis máxima tolerada (DMT), dilucidar su perfil de seguridad y examinar su farmacocinética. El análisis metabolómico desempeñó un papel importante en la determinación del modo de acción de TVB-2640 (inhibición de FASN), que resultó ser bien tolerado y eficaz contra múltiples tipos de cáncer.
El grupo de investigación utilizó el Sebum Targeted Panel de Metabolonpara perfilar cinco clases de lípidos en las secreciones sebáceas de pacientes que recibían TVB-2640. Los niveles séricos de malonilcarnitina (MC; un metabolito del sustrato FASN malonil CoA) y tripalmitina (un sustituto del palmitato, un producto de FASN) en pacientes tratados con TVB-2640 como monoterapia y en combinación con paclitaxel revelaron una inhibición eficaz de la actividad de FASN, lo que confirma el mecanismo de acción de TVB-2540. El perfil metabolómico dirigido de los lípidos en muestras sebáceas reveló además una inhibición significativa de la producción de triglicéridos sebáceos. En conjunto, estos resultados demostraron una inhibición eficaz y potente de la vía de la lipogénesis de novo por TVB-2640, tanto solo como en combinación con paclitaxel.

Figura 1. A) Modelo de actividad de la vía FASN. B) Niveles de MC en sueros de pacientes (los niveles relativos de MC se muestran a partir de los datos Metabolon ; n = 49 pts en 3 series, con todas las muestras de un paciente determinado analizadas en la misma serie). C) Niveles de tripalmitina en sueros de pacientes (n = 49). D ) Efecto del TVB-2640 en los niveles de triglicéridos del sebo y E) Efecto del TVB-2640 en los niveles de ácido sapiénico del sebo. Los niveles relativos de MC se muestran a partir de los datos de Metabolon . E) Efecto del TVB-2640 en los niveles de ácido sapienoide del sebo. En D) y E), el cambio de pliegues es el cambio relativo en el analito de interés en el punto temporal del tratamiento indicado en comparación con el valor basal (C1D1), para monoterapia o tratamiento combinado. Los gráficos muestran los resultados medidos y el cambio de pliegues es un cálculo basado en los valores medios.
Este estudio describe la primera investigación clínica en humanos del inhibidor de FASN TVB-2640, tanto en monoterapia como en combinación, contra diversos tipos de tumores. Metabolon ayudó a los investigadores a confirmar el modo de acción extremadamente sólido de TVB-2640. Combinados con otros análisis que demuestran un perfil de seguridad predecible y manejable, estos datos sugieren que TVB-2640 es un candidato prometedor para tratar el cáncer de ovario, el cáncer de mama y el cáncer de pulmón de células no pequeñas con mutación de KRAS. Otros ensayos clínicos a mayor escala pueden consolidar a TVB-2640 como inhibidor oral de FASN para el tratamiento eficaz de varios tumores sólidos, como los de ovario, mama y CPNM.
Falchook G, Infante J, Arkenau H, et al. First-in-human study of the safety, pharmacokinetics, and
pharmacodynamics of first-in-class fatty acid synthase inhibitor TVB2640 alone and with a taxane in advanced tumors. EClinicalMedicine. 34 (2021) 100797. doi: https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2021.100797
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