Communication scientifique
Séance du 22 mars 2011

Comment sécuriser les traitements par les biomédicaments ?

MOTS-CLÉS : biopharmacie. protéines recombinants. système immunitaire
How to optimize biopharmaceutical treatment safety ?
KEY-WORDS : biopharmaceutics. recombinant proteins.

Jean-Louis Prugnaud *

Résumé

Les biomédicaments représentent une part croissante de l’innovation thérapeutique. Ce sont des produits biologiques complexes issus de la biotechnologie de l’ADN recombinant et définis par leur procédé de fabrication. Les copies de ces produits sont appelées biosimilaires car elles ne sont pas identiques à leur référence et complexifient l’approche thérapeutique. Des changements minimes à tous les stades du procédé de fabrication peuvent avoir une influence sur l’innocuité et l’efficacité du biomédicament. Les cas de l’érythropoïétine, l’hormone de croissance, les toxines botuliniques, les insulines et les glucocérébrosidases illustrent la démarche et la nécessité d’une optimisation des traitements par les biomédicaments. L’interchangeabilité des biomédicaments est à traiter au cas par cas. Elle doit s’accompagner d’un suivi rigoureux des patients et d’une traçabilité des traitements .

Summary

Biopharmaceuticals represent a growing share of drug innovation. These complex biological products are derived from recombinant DNA biotechnology and are defined by their manufacturing process. Copies of these products, called biosimilars, are not identical to their princeps products and complicate the treatment choice. Minimal changes at any stage of the biopharmaceutical manufacturing process may affect safety and/or efficacy. Cases illustrating the issues surrounding the optimization of biopharmaceutical safety and efficacy include: — the biological activity and immunogenicity of erythropoietins, which depend on the expression cell system and isoform, — glucocerebrosidases with non identical structures have the same bioactivity, — interchangeability of botulinum toxins, — pharmacokinetics of insulin analogs, — protein immunogenicity. The development and interchangeability of biopharmaceuticals must be addressed on a case-by-case basis. The European authorities propose guidelines for the development and registration of biological products, with a specific approach for biosimilars. Biopharmaceutical use requires close patient monitoring and product traceability.

INTRODUCTION

Parmi les différents domaines thérapeutiques biologiques que sont les produits thérapeutiques provenant de l’extraction des substances biologiques, les protéines thérapeutiques obtenues par génie génétique, la thérapie cellulaire, les vaccins thérapeutiques cellulaires, la thérapie génique, les biomédicaments font référence dans cet article aux protéines thérapeutiques obtenues par la technologie de l’ADN recombinant. Ils sont issus de l’expression de cellules génétiquement modifiées ou d’animaux et plantes transgéniques. Ils représentent une part croissante de l’innovation thérapeutique ces dernières années (30 %) selon l’étude réalisée par Développement & Conseils pour le Leem 1.

Les biomédicaments se trouvent aujourd’hui à un tournant de leur histoire relativement récente. Depuis 1982, date d’obtention de l’insuline humaine recombinante par génie génétique, les techniques de biotechnologie ont permis d’obtenir des produits biologiques à usage thérapeutique complexes (hormone de croissance, érythropoïétine, facteurs de croissance hématopoïétiques, enzymes thérapeutiques de remplacement, anticorps monoclonaux …) qu’il est impossible de synthétiser chimiquement ou de produire en quantités suffisantes à partir de matériel biologique par un simple processus d’extraction. La technologie de l’ADN recombinant, au cœur de ce mode de production, consiste à insérer des séquences de gènes naturels ou intentionnellement modifiés dans un système hôte approprié afin de lui faire exprimer la protéine d’intérêt. Le système hôte producteur peut être un organisme procaryote ou eucaryote, un animal ou une plante transgénique.

Depuis les premières autorisations de mise sur le marché (AMM) obtenues par ces biomédicaments, l’extinction de leurs brevets les protégeant crée actuellement une situation nouvelle qui complexifie l’approche thérapeutique : des fabricants possé- dant les compétences et la technologie nécessaires peuvent développer des copies et en demander l’autorisation de mise sur le marché. Ces copies sont encore appelées biosimilaires en référence à leur mode d’enregistrement auprès des autorités comme « médicament biologique similaire à un médicament biologique de référence ».

Afin de mieux comprendre comment sécuriser l’administration des biomédicaments, il est nécessaire de rappeler le mode d’obtention de ces médicaments particuliers, leur comportement spécifique par rapport aux médicaments issus de la chimie traditionnelle et d’en tirer les conséquences utiles à leur usage thérapeutique.

1. Bioproduction 2008, D&C, État des lieux et recommandations pour l’attractivité de la France ;

LEEM 2008.

 

Définition des médicaments biologiques — Conséquences pour les biomédicaments

Définition des médicaments biologiques « Un médicament biologique est un produit dont la substance active est une substance biologique. Une substance biologique est une substance qui est produite à partir d’une source biologique ou en est extraite et dont la caractérisation et la détermination de la qualité nécessitent une combinaison d’essais physico-chimico-biologiques, ainsi que la connaissance de son procédé de fabrication et de son contrôle ».

Cette définition se trouve dans la directive européenne 2003/63/CE [1] qui modifie la directive 2001/83/CE [1]. Le point remarquable de cette définition est la nécessité de combiner une double approche, pour déterminer la qualité du produit biologique et par voie de conséquence le biomédicament, par son mode de fabrication et ses essais de caractérisation. Ceci différencie pleinement les produits biologiques des produits obtenus par synthèse chimique. En résumé le paradigme de cette définition est que le procédé de fabrication « fait » le « biomédicament ».

Pourquoi cette approche ?

Un biomédicament est par nature de structure moléculaire complexe impossible à obtenir par synthèse chimique d’où le recours aux sources biologiques de production. Un nombre important d’éléments structuraux pour la caractérisation, le contrôle et la production des biomédicaments sont à prendre en considération et doivent permettre de qualifier le produit pour un usage thérapeutique.

Un deuxième niveau de considération concerne l’approche analytique de la structure moléculaire. En raison de sa complexité, il faut pouvoir disposer de méthodes permettant d’analyser l’intégrité moléculaire, par exemple la structure tridimensionnelle de la protéine d’intérêt, la polydispersité des masses moléculaires, l’exposition d’épitopes nécessaires à la liaison à des récepteurs, etc.. La finalité de l’approche analytique est de garantir lors de l’administration à l’Homme, l’activité thérapeutique attendue et un profil de tolérance identique à chaque utilisation.

Le dernier point à prendre en considération est de maîtriser non seulement la production de la substance active mais aussi la reproductibilité de cette production lot à lot et defixerdesnormesd’acceptationcompatiblesavecl’usagethérapeutiquerevendiqué.

Très rapidement examinons ces trois niveaux.

Complexité de la structure moléculaire

Les protéines représentent au sein des biomédicaments une part importante des produits disponibles. Les caractéristiques structurales des protéines conditionnent leur activité biologique. Il convient de maîtriser non seulement la structure primaire mais aussi les structures secondaire, tertiaire voire quaternaire. Un simple changement d’un acide aminé dans la structure primaire peut faire basculer l’activité agoniste à un récepteur en un antagoniste. De même, des substitutions ou des inversions des acides aminés au niveau de la structure primaire de la protéine peuvent modifier la pharmacocinétique du médicament comme avec les nouvelles générations d’insuline.

Toute modification de la structure tertiaire lors des étapes de conformation spatiale de la protéine peut également avoir des conséquences en terme de liaison au récepteur ou d’exposition au ligand et changer l’activité biologique.

De même, la formation d’agrégats avec les protéines est une situation toujours néfaste tant du point de vue de l’activité biologique du produit que de la tolérance clinique et du risque immunogène.

Selon la nature des cellules de production, des modifications post-traductionnelles des protéines peuvent survenir. Elles sont présentes avec les eucaryotes et absentes avec les procaryotes. Généralement, celles-ci conditionnent le devenir du biomédicament dans l’organisme. Ces modifications conduisent à des variants de la forme protéique ou isoforme. Les glycosylations, exemples d’isoformes rencontrées avec les protéines, consistent en des branchements de motifs osidiques sur des acides aminés définis (N-glycosylation et C-glycosylation). Elles ne sont pas sous le contrôle de la séquence du gène qui exprime la séquence protéique, mais sont spécifiques de l’équipement enzymatique de chaque lignée cellulaire. Ces réactions enzymatiques, parfois complexes, ne sont donc pas « contrôlables » par la maîtrise du gène, mais par la maîtrise des conditions de production dans lesquelles sera mise la lignée cellulaire qui aura été choisie pour exprimer la protéine recombinante. Elles conditionnent fortement la pharmacocinétique du biomédicament comme pour le facteur VIII de coagulation, l’érythropoïétine, le G-CSF 2. Elles tiennent aussi une place importante dans la tolérance immunologique.

En conclusion de ce premier niveau de considérations, il faut retenir qu’il existe des sources multiples de variabilité de la complexité de la structure moléculaire. Celles-ci concernent la structure de la substance active et peuvent être sous l’influence tant des systèmes d’expression que des conditions de production ou de conservation.

Elles sont résumées dans la figure 1.

Fig. 1. — Sources de variabilité d’une structure protéique complexe 2. G-CSF = granulocyte-colony stimulating factor.

 

Les méthodes analytiques

Les méthodes analytiques constituent le deuxième niveau de considérations. Elles doivent permettre non seulement de caractériser la structure complexe du biomédicament mais aussi de mettre en évidence une diversité moléculaire qui comprend :

le complexe moléculaire majoritaire et ses isoformes, chacun pouvant être porteur d’une activité biologique plus ou moins différente de celle du complexe majoritaire, les impuretés en relation avec la substance biologique active elle-même, les impuretés liées au procédé de fabrication et de purification.

La complexité à la fois du milieu à analyser et des structures moléculaires impose de recourir à une multitude de méthodes analytiques performantes qui ont pour but de vérifier que le médicament produit est bien celui qui doit être administré au patient, qu’il a la bonne activité biologique et que la reproductibilité lot à lot de la production est maîtrisée.

La production du biomédicament

Comme évoqué précédemment, la production du biomédicament est une partie intégrante de sa caractérisation. C’est ce qui fait la différence avec le secteur de la chimie où une molécule peut être obtenue à l’identique par synthèse chimique. Dans le domaine du biologique, chaque substance biologique est caractérisée entre autre par son procédé de fabrication et de purification.

La production des protéines par la technologie de l’ADN recombinant commence par une étape essentielle qui est l’obtention d’un clone cellulaire de production ayant intégré le gène codant pour la protéine d’intérêt. Les différentes étapes sont après sélection du gène d’intérêt, sa vectorisation en vue de transfecter la cellule retenue comme système d’expression, puis de sélectionner les cellules ayant intégré le gène d’intérêt, de les amplifier lors d’une ou plusieurs cultures cellulaires en vue de constituer des banques de cellules ne comportant que les clones cellulaires sélectionnés.

Après expansion cellulaire, les cellules sont réparties en aliquotes dans des flacons qui sont conservés congelés durant toute la vie du biomédicament. Ces banques cellulaires (Master Cell Bank [MCB] et Working Cell Bank [WCB]) constituent la source unique et reproductible de la production du biomédicament (figure 2).

La phase industrielle de la production (figure 3) débute par des expansions successives des cellules de la WCB pour arriver à une masse cellulaire suffisante en bioréacteur permettant la production proprement dite de la protéine d’intérêt.

Après récolte du milieu de culture, la protéine d’intérêt est séparée des débris cellulaires par des techniques de centrifugation et de filtration. Cette protéine brute est ensuite purifiée sur des systèmes chromatographiques permettant d’assurer une pureté finale proche de 99,5 % pour les constituants biologiques majoritaires actifs.

La substance active ainsi purifiée est mise sous forme pharmaceutique avec des excipients qui sont choisis pour assurer les caractéristiques du médicament (stabilité, biodisponibilité) et le maintien de sa qualité tout au long de sa vie.

Fig. 2. — Phases d’élaboration du clone cellulaire d’expression de la protéine d’intérêt Fig. 3. — Étapes de production industrielle d’un biomédicament

En conclusion de cette présentation sommaire des points impactant la qualité des biomédicaments, il faut retenir que le mode de production accompagné des nombreux contrôles analytiques l’encadrant sont des facteurs majeurs dans la définition et la caractérisation des biomédicaments. Le niveau de complexité pour la maîtrise de la production des biomédicaments est un facteur qui a été pris en compte pour l’enregistrement des biosimilaires, copies des produits de référence, et leur mise sur le marché. L’approche standard des médicaments génériques ne leur est pas applicable. Ainsi l’Europe à travers sa réglementation a élaboré des standards propres à ce domaine afin que la qualité et la sécurité des copies soient équivalentes à celles des produits biologiques de référence.

Quelques exemples de la diversité rencontrée avec la production des biomédicaments vont permettre d’illustrer les considérations qui viennent d’être exposées.

Influence de la production sur les structures moléculaires complexes

Cas de l’érythropoïétine

Différents systèmes cellulaires permettent de produire l’EPO. En fonction du système cellulaire retenu la population moléculaire majoritaire et le nombre d’isoformes peuvent varier. Le profil, en électro-isofocalisation des différentes isoformes obtenues pour plusieurs types de cellules de production de diverses origines géographiques, varie de 6 à 10 isoformes [2]. L’activité biologique, en relation directe avec le nombre et la proportion des isoformes, mesurée pour des EPO de différentes sources, peut varier du simple au double (figure 4).

Fif. 4. — Variabilité en IEF des isoformes de l’EPO et de l’activité biologique en fonction des systèmes cellulaires d’expression (I-II-III-IV-V et VI) Sources : (IEF/Western Blot). D’après H. Schellekens (Nephrol Dial Transplant 2005) et Burg. J., et al. (1999). « Erythropoietin with high specific activity. » WIPO PCT/EP98/07876.

 

Cas des analogues de Glucocérébrosidase (GCase)

La maladie de Gaucher est caractérisée par un déficit en glucocérébrosidase. Avec l’extinction du brevet de protection du médicament de référence, l’immiglucérase, deux nouvelles entités moléculaires sont disponibles (vélaglucérase et taliglucérase).

Ces deux nouvelles GCases sont produites sur des systèmes cellulaires différents de celui du produit de référence (tableau 1). La séquence protéique pour deux des biomédicaments diffère légèrement de la séquence humaine avec une histidine495 substituant une arginine et pour taliglucérase, exprimé à partir de cellules de 495 carottes transgéniques, il y a neuf acides aminés supplémentaires. Chaque biomé- dicament comporte sur les mêmes asparagines de multiples glycosylations dont celle majoritaire expose des mannoses libres nécessaires à la pénétration dans les cellules macrophagiques et à l’activité enzymatique (figure 5). Les différences observées au niveau des variants protéiques peuvent expliquer les différences observées en terme de pharmacocinétique. Si les essais cliniques ont montré que la posologie des trois biomédicaments était comparable (15-60 U/kg), la durée des essais, observation sur 12 mois, ne permet pas de répondre complètement à l’efficacité et à la tolérance générale à long terme notamment en terme d’immunogénicité. En effet les glycosylations des 3 GCases montrent des différences par rapport à la glucocérébrosidase humaine. Ces différences sont de nature à modifier la tolérance immédiate et la tolérance après plusieurs années de traitement.

Tableau 1. — Glucocérébrosidases recombinantes Cas de l’hormone de croissance

La somatropine comporte en position 120 une glycine. Elle est un agoniste du récepteur GH (growth hormone). La substitution de cette glycine par une arginine modifie radicalement l’activité de la protéine puisque cette dernière devient un antagoniste du récepteur GH. Il est particulièrement important que pour toute copie de ce biomédicament soit vérifié que la cellule productrice n’exprime pas cette substitution potentielle. Des biosimilaires de la somatropine sont disponibles.

Fig. 5. — Glycosylation des GCases recombinantes et endogène Les études cliniques comparatives sur douze mois permettent de répondre à l’efficacité et à la sécurité à court terme des copies. Un suivi à long terme est nécessaire pour évaluer l’immunogénicité de ces produits et la sécurité générale en rapport avec l’élévation de l’IGF-1 (insulin-like growth factor) et l’association à l’accroissement des risques de cancer [3].

Cas des toxines botuliniques

Trois toxines botuliniques du sérotype A et une du sérotype B sont actuellement commercialisées. Elles sont obtenues à partir d’une bactérie anaérobie Clostridium Botulinum . Elles se différencient par leur sérotype et par leur taille moléculaire. Elles sont produites sous forme d’un complexe de 900 Kda composé de la neurotoxine active 150 Kda (BoNT/A) et de protéines associées (figure 6). En fonction du procédé de purification, les complexes actifs du biomédicament n’ont pas la même taille et la même composition moléculaire. Ces médicaments ne sont pas des copies mais des produits de la même classe pharmacologique bloquant la libération d’acétylcholine au niveau de la jonction neuromusculaire. Les unités sont exprimées sous forme de DL50 (dose létale pour 50 % des souris), et ne sont pas interchangeables (figure 7). L’usage thérapeutique et les essais cliniques montrent que les doses utilisées, les délais entre deux réinjections sont caractéristiques de chaque médicament, de l’indication et du patient traité. Les effets secondaires rapportés dans les études [5-7] sont plus élevés lors des premières administrations (10-65 %) qu’après plusieurs années de traitement (5-22 %). Ils sont majoritairement en relation avec l’effet pharmacologique recherché. La tolérance générale peut être considérée comme bonne avec peu d’allergie à la première injection et une immunogénicité basse à long terme [5]. Cependant le dosage des anticorps neutralisants présente certainement une sensibilité insuffisante pour évaluer plus exactement la situation des patients non répondeurs ou à réponse diminuant au cours du temps [5-8].

L’immunogénicité pourrait être en rapport avec la présence des protéines associées [7-9]. L’insuffisance de suivi à long terme du biomédicament à base de neurotoxine sans protéines associées ne permet pas de répondre plus complètement à cette question [10].

Cas des Insulines

L’insuline à séquence humaine est la première protéine obtenue par la technologie de l’ADN recombinant. Elle est mise sur le marché en 1982 et se substituera aux insulines animales d’extraction (bœuf ou porc) dont l’histoire a commencé vers 1920. Les insulines animales connues pour leur profil d’activité entraînaient en fonction de leur provenance et de leur mode de purification des incidents notamment de type allergie immédiate ou retardée [21]. L’apparition d’anticorps antiinsuline a marqué l’utilisation de ces hormones d’extraction. Si l’immunogénicité des insulines à séquence humaine a été fortement réduite, elle n’est cependant pas absente et reste en bruit de fond des traitements insuliniques. Qu’elle soit produite sur cellules bactériennes ou sur levures, l’insuline humaine recombinante n’est pas glycosylée et comporte deux chaînes A et B respectivement de 21 et 30 acides aminés.

Deux ponts disulfure relient les chaînes A et B, un pont disulfure est présent sur la chaîne A. La rupture des ponts disulfure entraîne une perte de l’activité biologique.

Fig. 6. — Toxines Botuliniques.

Fig. 7. — Unités DL des toxines botuliniques 50 L’insuline humaine comme l’animale a une forte tendance à se polymériser sous forme d’un hexamère qui est la forme de stockage inactive. La dissociation en monomère, forme active, est lente. Des analogues de l’insuline humaine ont été créés à partir de manipulations génétiques des cellules de production pour améliorer les profils pharmacocinétiques notamment par voie sous-cutanée. Il n’est pas du propos de cet article de traiter le développement des différents analogues et leur utilisation mais de souligner quelques points au regard de l’interchangeabilité de ces biomédicaments.

 

Les analogues à action rapide, lispro et aspart, en solution sous forme hexamérique se dissocient très rapidement après injection sous-cutanée en monomères actifs. Ils miment une injection d’insuline humaine monomère. Les capacités de liaison au récepteur de l’insuline et au récepteur de l’IGF-1 ne sont pratiquement pas modifiées [21, 22]. Leur pouvoir immunogène ou antigénique n’est pas modifié [23]. Bien que de structure non similaire, ces analogues d’insuline sont considérés comme interchangeables [23].

Les analogues à action lente sont de structures très différentes [21-23]. La glargine présente un point isoélectrique la rendant moins soluble en milieu neutre avec précipitation au point d’injection créant ainsi un retard à la mise à disposition dans l’organisme. La detemir est modifiée pour se lier à l’albumine par une chaîne d’acide gras. La libération dans l’organisme est ainsi retardée. Les caractéristiques de liaison au récepteur à l’insuline sont conservées pour les deux analogues, celles au récepteur à l’IGF-1 augmentées pour la glargine mais la molécule a été dédouanée de l’action mitogène observée chez l’animal. Ces analogues lents ne sont pas interchangeables du fait de leur mécanisme d’action, de leur structure peptidique différente. Un recul est nécessaire pour apprécier leur pouvoir immunogène chez l’homme.

En conclusion, par des modifications génétiques des cellules de production il est possible d’obtenir des analogues de l’insuline humaine. Ceux-ci présentent une structure peptidique modifiée et différente pour chaque analogue. Ils ne peuvent pas être considérés comme des substances biologiques similaires. Les caractéristiques pharmacocinétiques en relation avec leur structure doivent être prises en considération pour leur inclusion dans un programme de traitement du diabète.

Particularité de l’immunogénicité des protéines

Toutes les protéines ont un potentiel immunogène. Les protéines thérapeutiques sont donc toujours susceptibles de provoquer une réponse immunitaire lorsqu’elles sont injectées dans l’organisme [16-18]. Cette réponse immunitaire peut engendrer des conséquences plus ou moins graves, de la simple réaction de tolérance aux anticorps formés, à l’inefficacité thérapeutique quand les anticorps sont neutralisants.

Les anticorps produits contre certaines protéines thérapeutiques comme l’érythropoïétine (EPO) [11], les facteurs de croissance hématopoïétiques (GM-CSF) [12] et les facteurs de croissance thrombopoïétique/mégacaryocyte (TPO/MGDF) [13] peuvent avoir des conséquences importantes au point de bloquer non seulement l’activité de la protéine exogène mais aussi la protéine endogène avec les complications graves inhérentes à ces actions.

Cependant, la production d’anticorps contre des protéines obtenues par biotechnologie comme l’insuline, le facteur VIII ou XIII, les interférons, n’impose pas forcément l’arrêt du médicament car les risques encourus à l’absence de traitement sont bien supérieurs à ceux d’un traitement maîtrisé. Dans ces situations, les cliniciens continuent les traitements en présence des anticorps avec une adaptation des posologies de la protéine thérapeutique et un suivi rigoureux des paramètres biologiques et physiologiques pouvant signer une complication grave [14-16].

Il est actuellement admis que la formation des anticorps dirigés contre les protéines thérapeutiques peut se faire par deux voies : une réponse immune classique comparable à celle dirigée contre les protéines étrangères, et une réponse de rupture de la tolérance vis-à-vis des protéines du « soi » [16].

L’immunogénicité des protéines thérapeutiques est sous l’influence de différents facteurs. Certains concernent la structure même de la protéine, son mode d’obtention dont le degré de purification, la formulation sous forme de médicament de la protéine thérapeutique, le type de traitement et les caractéristiques des patients et d’autres facteurs non éventuellement connus [16-18].

La formulation du produit fini et ses conditions de conditions de conservation sont importantes pour maintenir l’activité biologique et la stabilité de la protéine thérapeutique.

Deux cas particulièrement intéressants peuvent illustrer l’importance de la formulation et des conditions de conservation.

Le premier est celui de l’érythropoïétine (EPO). Les cas d’érythroblastopénie après traitement par EPO sont connus, mais rares. On doit à Nicole Casedevall [11] d’avoir montré l’incidence de la formation d’anticorps anti-EPO tant exogène qu’endogène à la suite d’administration d’EPO recombinante humaine (rhuEPO). Ces cas sont survenus après un changement de formulation du produit fini avec le remplacement de l’albumine humaine comme stabilisant par du polysorbate 80. Les différentes hypothèses pour expliquer la rupture de la tolérance du système immunitaire à l’administration de rhuEPO permettent, entre autres, de retenir l’extraction d’impuretés du joint des pistons des seringues comme jouant probablement un rôle de « booster » en présence d’EPO [19]. Lors de l’analyse des lots mis en cause il n’a pas été mis en évidence d’augmentation du taux d’agrégats ou de celui d’EPO tronquée ou dégradée. Dans ce cas, les facteurs ayant favorisé la rupture de la tolérance du système immunitaire sont certainement multiples. En particulier, la voie souscutanée d’administration pourrait être incriminée car elle est connue pour favoriser un effet pseudo-vaccinal.

Le deuxième cas met en cause les conditions de conservation d’une formulation lyophilisée d’interféron α-2a (rhuINF α-2a) stabilisée par l’albumine humaine. A température ambiante, une oxydation partielle du rhuINF α-2a a favorisé la formation d’agrégats avec l’interféron intact et l’albumine, ces agrégats entraînant l’immunogénicité de la préparation thérapeutique [20].

En conclusion, de nombreux facteurs influencent l’immunogénicité des protéines thérapeutiques [16]. Actuellement il n’est pas possible de prédire complètement l’immunogénicité des protéines thérapeutiques avant la mise en œuvre des essais cliniques. L’immunogénicité est un évènement qui peut arriver d’une façon générale avec les protéines thérapeutiques. Les conséquences cliniques peuvent être variables.

 

La présence d’agrégats ou de néo-agrégats dans la formulation d’une protéine thérapeutique est un des facteurs majeurs connus pour accroître l’immunogénicité.

Il a été montré que les changements dans le procédé de fabrication, dans la formulation du produit fini, contribuent à modifier l’immunogénicité de la préparation [18, 19]. Si les conséquences des changements sont difficiles à prédire des tests in vitro et des tests sur souris transgéniques immunocompétentes sont en développement et pourraient permettre une évaluation avant essais cliniques. Ces tests ne donnent pas d’information totalement prédictive du niveau d’immunogénicité de la protéine thérapeutique mais peuvent permettre de comparer une formulation à une autre, une copie à sa référence [24].

Il convient d’étudier particulièrement la formulation et les sources de production des médicaments biosimilaires. Si réglementairement la formulation du biosimilaires doit être identique au produit de référence, la production (système d’expression et procédé) et les techniques de purification seront toujours différentes. De ce fait, les impuretés contaminantes issues du système de production ne seront jamais les mêmes. Il convient donc pour les biosimilaires que soit particulièrement bien étudiée l’immunogénicité du produit fini en situation thérapeutique. La majorité des protéines thérapeutiques induisent des anticorps chez un petit nombre de patients. La surveillance post AMM est particulièrement importante. C’est pourquoi les autorités d’enregistrement européennes mettent en place des plans de gestion de risque après l’autorisation de mise sur le marché qui devront permettre de connaître pour des échéances plus longues que celles des essais cliniques et pour une population ciblée sur des critères précis de suivi, la tolérance générale et plus particulièrement immunitaire de ces biomédicaments.

DISCUSSION

Les biomédicaments constituent une classe particulière des produits biologiques obtenus par la technologie de l’ADN recombinant. Les progrès de la recherche et la maîtrise des biotechnologies ont permis de développer plusieurs centaines de biomédicaments qui ont été approuvés tant par l’Europe et les Etats-Unis que dans d’autres pays du monde. Le marché ne fait que croître avec certes l’arrivée de nouveaux produits mais aussi de copies dont le brevet a expiré appelés biosimilaires.

En termes économiques cette nouvelle donne peut être considérée comme une réponse jugée acceptable pour les comptes sociaux d’une nation, favorisant l’accès à des médicaments parfois très onéreux. Cependant, il ne faut pas cacher les difficultés à réaliser un choix entre plusieurs biomédicaments de la même classe thérapeutique.

Chaque produit est différent même quand il est similaire pour les copies en raison de la complexité des structures moléculaires et des procédés de fabrication.

Tout traitement par un biomédicament du fait de sa complexité requiert une démarche particulière pour le médecin. Les autorités d’enregistrement françaises ont d’ailleurs pris en compte ces difficultés de mise en œuvre d’un traitement et fixé des conditions spécifiques de prescription et de délivrance pour ces médicaments.

Actuellement les biomédicaments commercialisés sont soit en réserve hospitalière (RH) avec une prescription par des spécialistes de la discipline concernée, soit en prescription initiale hospitalière (PIH) par un spécialiste avec la possibilité d’un renouvellement de la prescription par le médecin traitant et dans ce cas dispensés par rétrocession hospitalière ou disponibles en officine. Ces mesures peuvent paraî- tre complexes mais elles sont destinées à assurer la sécurité des patients traités par des médicaments de haute technologie et de maîtrise difficile.

Toute optimisation ou tout changement de traitement demande que soient évaluées les différences que présentent les biomédicaments entre eux. A structure équivalente il peut y avoir des différences infimes, non forcément mises en évidence par des méthodes analytiques mêmes performantes, qui peuvent avoir une influence sur l’innocuité et l’efficacité du biomédicament.

Le médecin prescripteur pour la mise en œuvre d’un traitement par biomédicaments doit prendre en compte non seulement les paramètres classiques propres à toute prescription médicamenteuse mais en plus certains points particuliers comme :

— le risque potentiel d’immunogénicité qui est fonction du patient, de la voie d’administration, de la durée du traitement et de sa périodicité, des traitements concomitants, — l’interchangeabilité du médicament avec sa copie, point qui n’est pas souvent envisagé dans les études avant l’AMM.

Tout changement de biomédicament devrait s’accompagner d’une traçabilité complète du traitement faisant apparaître non seulement le nom du médicament mais aussi son numéro de lot. Ce constat est d’autant plus vrai pour les médicaments biosimilaires. Faisant suite à deux cas récents d’érythroblastopénies avec une EPO biosimilaire venant d’être mise sur le marché, les autorités d’enregistrement européennes ont pris la décision de modifier l’information portée à la connaissance des prescripteurs [25]. Il est demandé que l’historique du traitement en cours par EPO pour chaque patient soit actualisé en enregistrant le nom commercial ou le nom scientifique avec le nom du producteur. Cette information est portée dans tous les RCP des EPO biosimilaires à la rubrique 4.4. Jusqu’à maintenant les informations concernant la logistique de prescription et de délivrance des médicaments relevaient de décisions nationales avec, il faut le reconnaître, un positionnement français avant-gardiste. Devant la complexité et les risques encourus avec les traitements par les biomédicaments, les informations et les recommandations permettant de mieux assurer la sécurité des traitements sont maintenant supranationales.

Pour l’enregistrement des biosimilaires, les autorités requièrent des programmes spécifiques de développement avec des études de comparabilité au produit de référence. Celles-ci doivent permettre de mieux appréhender les mises sous traitement et les changements thérapeutiques. Elles ont cependant leurs limites notamment en termes de nombre de patients entrant dans les essais cliniques (c’est notamment une question d’éthique) et de durée d’observation. L’immunogénicité potentielle des biomédicaments demande non seulement des études spécifiques mais surtout un suivi individuel des populations sensibles.

Les autorités d’enregistrement européennes, conscientes de la faible puissance parfois des données de sécurité issues des essais cliniques imposent un suivi à plus long terme par des plans de gestion des risques pour tout biomédicament mis sur le marché, quelque soit son statut nouveau produit ou copie. Ces plans ne se substituent pas à la pharmacovigilance traditionnelle mais la complètent. Ils ont pour objectif de collecter et d’évaluer les informations complémentaires sur la sécurité particulière de ces médicaments dans leur usage courant.

CONCLUSION

Les biomédicaments représentent une avancée majeure dans le traitement notamment de maladies rares et incurables mais aussi de maladies pour lesquelles il n’y avait pas une disponibilité suffisante de substances actives issues des procédés classiques de production. Ces réalisations sont le fruit d’avancées et de recherches considérables dans le domaine du génie génétique et de la connaissance de la génomique.

La complexité des biomédicaments et de leur production correspond à la complexité des nouveaux mécanismes pharmacologiques mis en jeu. Si cette complexité a nécessité une formidable adaptation non seulement des équipes de développement mais aussi de production, elle implique forcément le même niveau d’adaptation et de formation des utilisateurs finaux. Le « savoir faire » et les connaissances des concepteurs des biomédicaments de même que ceux des évaluateurs sont à partager avec les prescripteurs de façon à assurer, pour un bénéfice optimisé, un niveau maximal de sécurité des patients traités.

BIBLIOGRAPHIE [1] Directive 2003/63/CE of The European Parliament and of the Council of 25 June 2003 (see section 4, Part II, Annex I.) amending Directive 2001/83/CE.

[2] Schellekens H. — Biosimilar epoetins : how similar are they ? Eur. J. Hosp. Pharm. Sci., 2004, 3, 43-47.

[3] Pavlovic M. et al. — Similar biological medicinal products containing recombinant human growth hormone: european regulation.

Horm. Res. 2008, 69 , 14-21.

[4] Brandau et al. — Stability of the Clostridium botulinum type a neurotoxin complex : an empirical phase diagram based approach.

Mol. Pharm., 2007, 4 , 571-582.

[5] Mejia N.I. et al . — Effects of long-term btx treatment. Movement Disorders . 2005, 20 (5), 592-597.

[6] Naumann M., Jankovic J. — Safety of botulinum toxin type A : asystematic review and meta-analysis. Curr. Med. Res. Opin., 2004, 20 , 981-990.

[7] Jankovic J., Vuong K.D., Ahsan J. — Comparison of efficacy and immunogenicity of original versus current botulinum toxin in cervical dystonia. Neurology. 2003, 60 , 1186-1188.

[8] Barnes M.P. et al. — The use of Botulinum toxin type-B in the treatment of patients who have become unresponsive to Botulinum toxin type-A — initial experiences.

Eur. J. Neurol., 2005, 12 (12) , 947-955.

[9] Jankovic J., Hunter C. et al. — Clinicoimmunologic aspects of botulinum toxin type B treatment of cervical dystonia.

Neurology. 2006, 67 (12) , 2233-2235.

[10] European Medicines Agency. Xeomin — Article 29 referral — Annex I, 07/02/2008.

[11] Casadevall N. et al . — Pure red-cell aplasia and antierythropoietin antibodies in patients treated with recombinant erythropoietin.

N. Engl. J. Med. , 2002, 346 (7) , 469-475.

[12] Gribben J.G. et al. — Development of antibodies to unprotected glycosylation sites on recombinant human GMCSF.

Lancet. 1990, 335 (8687), 434-437.

[13] Li J. et al . — Thrombocytopenia caused by the development of antibodies to thrombopoietin,

Blood , 2001, 98 (12), 3241-3248.

[14] Jacquemin M.G.and Saint-Rémy J.M. — Factor VIII immunogenicity, Haemophilia., 1998, 4 (4), 552-557.

[15] Chance R.E., Root M.A., Galloway J.A. — The immunogenicity of insulin preparations, Acta Endocrinol. Suppl. (Copenh), 1976, 205 , 185-198.

[16] Schellekens Huub, Jiskoot Wim. — Immunogenicity of therapeutic proteins, In :

Pharma- ceutical Biotechnology: fundamentals and applications , 3rd edition, p. 125 (2007).

[17] Crommelin Daan J.A. — Immunogenicity of Therapeutic Proteins ; Biosimilars, In :

Hand- book of Pharmaceutical Biotechnology ; Wiley-Interscience, p. 816 (2007).

[18] Sharma B. — Immunogenicity of therapeutic proteins. Part 1: Impact of product handling.

Biotechnology Adv ., 2007, 27 , 310-17.

[19] Sharma B. et al. — Technical investigations into the cause of the increased incidence of antibodymediated pure red cell aplasia associated with Eprex®.

Eur. J. Hosp. Pharm., 2004, 5 , 86-91.

[20] Hochuli E. — Interferon Immunogenicity: technical evaluation of interferon-alpha 2a.

J.

 

Interferon Cytokine Res. , 1997, 17 (Suppl 1) , S15-21.

[21] Avignon A. — Analogues de l’insuline.

Sang Thrombose Vaisseaux, 2001, 13 (5) , 292-300.

[22] Verge D. — Insulinothérapie. Nouvelles molécules et voie d’administration.

Med. Sciences, 2004, 20 , 986-98.

[23] Radermecker J.C. — Le point sur les nouvelles insulines. In

La Revue Médicale Suisse (no 30 publiée le 24/08/2005).

[24] Delluc S., Ravot G., Maillere B. — Prepublished online. Blood . 2010-04-280875.

[25] CHMP/PhVWP. Update of section 4.4 of the Summary of Product Characteristics (SmPC) in order to implement the agreed wording for all erythropoiesis stimulating. 2010 (18/08).

DISCUSSION

M. Bernard LAUNOIS

Compte tenu de la traçabilité, quelle est la dégradation de ces molécules, voire leur dispersion, si elles sont immunogènes ?

Les biomédicaments que j’ai présentés sont tous des protéines. Leur dégradation est celle des protéines en général par l’intermédiaire des protéases sanguines et la formation de peptides de dégradation ne pose pas de problème particulier d’élimination. En ce qui concerne la traçabilité, il faut entendre derrière ce terme, l’action de suivre le circuit du médicament depuis la prescription médicale jusqu’à l’administration du médicament au patient avec l’inscription dans le dossier du patient du nom exacte du médicament prescrit et du numéro de lot.

M. Jean-Paul TILLEMENT

Quelles sont les limites et l’intérêt des études de toxicologie animale classiques pour les biomédicaments ? Est-il possible et jusqu’où peut-on prévoir un potentiel d’immunogénicité d’un biomédicament en fonction par exemple de son oxydabilité, du pouvoir d’agrégation, etc. ?

Les études animales des biomédicaments permettent d’apporter une information sur la tolérance générale comme avec les autres médicaments. Par contre les études présentent des limites essentiellement dues aux barrières d’espèces car l’animal, chez lequel le biomé- dicament est étudié, va développer des anticorps limitant les différentes études devant être entreprises. Le potentiel d’immunogénicité observé chez l’animal n’est pas transposable directement chez l’homme. Actuellement se développent des méthodes in vitro , notamment sur cellules humaines immunocompétentes, qui permettront de comparer l’immunogénicité des différentes protéines entre-elles. Ceci est particulièrement intéressant au cours du développement des nouveaux biomédicaments et aussi des biosimilaires (copies de médicaments biologiques de référence) car il sera possible de comparer le risque potentiel d’immunogénéicité. Ces méthodes ne donneront pas d’informations absolues mais des informations relatives de niveau de risque entre les différents biomédicaments.

M. Jean-Yves LE GALL

Les chaînes glycaniques des cérébiosidases utilisées en thérapeutique sont sensiblement diffé- rentes. Y a-t-il des différences d’activité enzymatiques et de stabilité entre les molécules ?

Y-a-t-il une efficacité thérapeutique identique dans les différentes formes cliniques de la maladie de Gaucher ?

Pour les trois glucocérébrosidases présentées, l’activité enzymatique mesurée sur un même substrat synthétique est comparable. Les différences observées dans la glycosylation ont une influence sur la pharmacocinétique des molécules. Les indications ne sont pas pour le moment exactement les mêmes pour les trois molécules. Pour l’immiglucérase c’est maladie de Gaucher de type 1 et 3, pour la vélaglucérase : maladie de Gaucher type 1 et pour la taliglucérase le dossier est en cours d’examen par la commission européenne du médicament. Il est encore trop tôt pour se prononcer si les trois molécules auront exactement le même type d’indication car un suivi clinique complémentaire doit être réalisé et notamment l’action sur l’atteinte osseuse devra être documentée pour le deux nouveaux biomé- dicaments. De même la tolérance à long terme du fait d’une glycosylation différente devra être suivie et tracée chez les patients.

M. François-Bernard MICHEL

Les méthodes d’extraction et de purification seront-elles améliorées avec le temps (pureté d’extraits bactériens) ? Existe-t-il des AMM singulières pour ces biomédicaments ? La fré- quence des accidents allergiques a-t-elle été quantifiée ? Le risque réside dans les accidents graves (choc anaphylactique).

Les biomédicaments ont un enregistrement européen centralisé avec des parties du dossier d’AMM spécifiques à ce type de médicament. On peut citer la partie génétique décrivant comment est développé la cellule génétiquement modifiée exprimant la protéine d’intérêt avec un chapitre spécifique sur la stabilité de cette cellule. De même le dossier comporte des informations sur la sécurité virale et microbiologique et aussi sur les impuretés spécifiques à ce type de médicaments comme les protéines contaminantes de la cellule hôte ou les impuretés à base d’acides nucléiques. Des informations spécifiques doivent être apportées sur le risque immunogène des biomédicaments et les études cliniques doivent comporter une évaluation et un suivi de ce risque. Les méthodes d’extraction et surtout de purification ont fait de grands progrès et permettent d’obtenir actuellement des produits dont la pureté est proche de 99,5 % ce qui est remarquable pour des produits biologiques. Les spécifications sont très strictes en termes d’impuretés notamment pour celles en relation avec la cellule hôte de façon à diminuer tout risque immunogène vis-à-vis de ces contaminants. Les méthodes actuelles de purification permettent facilement d’obtenir des teneurs très infé- rieures au 20 pg par dose de médicament pour les contaminants nucléiques et 100 ng / g de protéine pour les protéines contaminantes de la cellule hôte. La fréquence des accidents allergiques est particulièrement suivie, elle est généralement très faible. Le suivi de l’immunogénicité est un point particulier pour ce type de médicament. Si des chocs anaphylactiques sont observés, ils ne sont pas plus fréquents qu’avec les autres types de médicaments notamment ceux obtenus par synthèse chimique.

M. Pierre DELAVEAU

Après le règne dominateur des acides aminés, s’amorce celui des sucres, source d’isoméries nombreuses et liées aux effets immunogènes. Constatez-vous l’évolution des esprits dans les laboratoires de recherche universitaires et industriels ?

Ce que l’on constate c’est que le nombre de médicaments en développement est maintenant plus important dans le domaine des biomédicaments que dans celui plus traditionnel des médicaments obtenus par synthèse chimique. Il y a eu un croisement des courbes de croissance du marché pharmaceutique entre le marché traditionnel et celui des biomédicaments. Ceci traduit une évolution du type de recherches qui sont mise en jeu dans les diffé- rents laboratoires de recherche universitaires et industriels.

M. Gilles BOUVENOT

La rotation des biosimilaires au cours de ces traitements chroniques permet-elle de pallier les effets négatifs (sur l’efficacité) des anticorps neutralisants provoqués par l’utilisation du princeps ?

La question posée revient à celle de la spécificité des anticorps formés. S’il n’y a pas croisement de la spécificité des anticorps entre le princeps et le biosimilaire, le changement de biomédicament n’aura pas d’impact sur l’efficacité. Seulement le type des anticorps qui pourraient apparaître n’est pas connu tant que ceux-ci ne sont pas été observés chez le patient. Les effets immunogènes observés chez l’animal ne sont pas transposables à l’homme et les observations chez l’animal ne sont pas d’un grand secours. Les inhibiteurs qui apparaissent au cours des traitements de l’hémophilie par les différents bio- médicaments disponibles diminuent l’efficacité de ceux-ci et obligent à augmenter les doses. Les changements de produits ne résolvent pas la présence des inhibiteurs puisqu’ils résultent d’une non reconnaissance par le système immunitaire de protéines du « soi ». Je pense qu’il faudra être très attentif au « nomadisme » qui pourra exister avec l’apparition des biosimilaires et au risque immunogène pouvant être engendré par les changements de médicaments. Une nécessaire traçabilité s’impose avec la mise en œuvre d’une interchangeabilité des biomédicaments.

M. Jacques BATTIN

Existe-t-il un registre du suivi concernant les biomédicaments à propos d’incidents et d’accidents, comme nous en disposons pour l’hormone de croissance biosynthétique, à l’initiative d’une des firmes de production ?

Tous les nouveaux biomédicaments et plus particulièrement les biosimilaires qui viennent d’être autorisés ont un plan de gestion des risques. Ce plan peut être développé sous la forme d’un registre de suivi particulier des patients pour des points spécifiques ou pour la tolérance générale du médicament. Il existe en outre des registres spécifiques propres à des produits ou à des pathologies mais il n’y a pas d’obligation d’un suivi pour les biomédicaments. Je le redis, la traçabilité des biomédicaments me semble maintenant nécessaire, comme pour les médicaments dérivés du sang où elle est obligatoire, en raison de l’augmentation importante des produits disponibles et de la possibilité qu’auront les cliniciens à changer de médicaments.

 

* Pharmacie, Hôpital Saint-Antoine, 184, rue du Faubourg St Antoine — 75571 Paris cedex 12, e-mail : jean-louis-prugnaud@sat-aphp.fr Tirés à part : Professeur Jean-Louis Prugnaud, même adresse Article reçu le 27 octobre 2010, accepté le 29 novembre 2010

Bull. Acad. Natle Méd., 2011, 195, no 3, 679-698, séance du 22 mars 2011