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【小爱说药】随笔向:聊聊S7B-Q&A的前世今生By张旭

时间:2021-08-31 14:03:46 阅读:393

Part-1:变革,破晓而出

2005年,某月某天:喜欢或者不喜欢,从业者都绕不开的日子

这一天监管部门可以自信地写出这行文字:

“ICH S7B and ICH E14 were finalized in May 2005 and describe non-clinical and clinical risk assessment strategies to inform the potential risk for proarrhythmia of a test substance and contribute to the design of clinical investigations.”

在新药研发中,心血管系统的风险是在常常在临床阶段中被发现;ICH E14对TQT(a thorough clinical QT assay)研究做出了严格要求,设定了非常敏感的风险阈值(~2% QT增加–非常小!)。心脏安全性在新药研发后期投下了不容忽视的风险。

(Nat Rev Drug Discov 13.6 (2014): 419-431. AstraZeneca)

ICH S7B尤其E14的执行,结果令人瞩目且温暖:在向FDA提交的TQT研究中,具有QT延长药物占比从2005年60%,大幅下降至2012年的10%,同时被批准上市的新药,也鲜有TdP的意外发生1,2,3。 在此过程中,S7B指导原则所确立的核心实验(in vitro hERG and in vivo heart-rate corrected QT--QTc assays)则不可避免地被监管部门以及临床医务工作者所冷遇。对TQT过分的强调和依赖,极大地浪费了研发资源,增加了药物研发的成本,甚至迟滞了药物研发进程。2020年3,一众制药巨头们联合发表了文章,指出了S7B中核心实验的重要性。在文中,他们大声疾呼:

“From the pharmaceutical company perspective, the lack of association of S7B and E14 guideline signaled a regulatory mindset that only clinical TQT data have importance,and that nonclinical hERG/QTc data have minimal influence or are dismissed completely in regulatory decisions in some regions ”

其实ICH E14指导原则确认了非临床实验结果可以作为减少TQT实验的参考,但究竟该如何具体执行,却一直悬而未决;S7B指导原则没有规范非临床实验最佳实践,总体研究质量有待提升。于是,起始于一片专业痴心,却也驻足于不可不止之处。

2020年8月,正是秋意渐浓,ICH推出了ICH E14/S7B Q&A.

这一天变革终于从暗流中挺身而来,破晓而出

ICH E14/S7B Q&A的修订聚焦于如何更好地利用非临床实验数据。从2005的S7B年到2020年的S7B Q&A 真可谓是:路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。

Part-2:回溯,行者的智慧

行业内的决策和实践往往会走到监管侧的前面。回溯过往研究者的抉择和实践,对我们大有裨益。

S7B和E14是预测QT延长的敏感指标,但是特异性差

--- 有效的阻止了心脏毒性药物进入临床

--- hERG成为新药筛选的看门人,大量有潜力的药物(~ 60%)在早期因hERG中止

--- TQT实验昂贵,每个研究的花费为数百万美元,10年间总共花费超过10亿美元

--- 推迟了批准的时间

岁月久长,制药企业一直都在积极探索利用早期非临床实验协助Decision-Making, 以避免临床TQT实验出现心慌慌、凄惨惨的结果。基于S7B核心实验,辅之以其他早期筛选手段,研究者们取得足够夸耀的成就3,8。尽管具体实验种类,条件以及权重在不同公司有所差异,但是这些实验的可信度和可行性都获得了无可辩驳的实证。

20176年监管机构和制药企业联合发表了行业调研,就过往5年来用于评估致心律失常风险的非临床实验,对全球889位研究者发放了调查问卷(约10%的反馈率)。诸多可备选择的实验中,体外实验检测和体内心血管安全药理学实验采用率最高(75%+)。具体实验类别中,体外离子通道电生理检测、体内心电图检测以及使用动物组织(e.g. 家兔浦肯野纤维)/iPS-CM检测动作电位,得到广泛认可。

其中,

体外离子通道电生理检测绝大多数是在Drug discovery的早期开展的,且三个通道的关注度很高--- IKr/Kv11.1 (91%), ICa,L/Cav1.2 (80%), INa/Nav1.5 (77%); 同时,约有59%的被访者表示,所在的研究团队有过根据hERG风险,抛弃某个pharmacophore的事例。就过去15年经验来看,hERG检测处在了体外实验中最核心的地位。本人将其妄言之为hERG中心论-- hERG-centric 6,9 :) 。在药物研发早期,选择合适检测方法评价hERG风险并结合坚实SAR方法,是大药厂研发的典型模式,也提供了可资借鉴的珍贵范例9。当然过hERG中心论-- hERG-centric带来了安全,也带来了困扰和遗憾.

此调查研究中作者引用Ewart等人2014研究成果:12家药企共150个专利药物在比格犬和人类QTc结果上,表现出良好的一致性。Vargas等人在2015年研究中认为两者的相关性可以达到90% 。此类实验的最佳实践- -best practice业已得到了较为充分的讨论8。需要指出的是动物实验本身数据变异会比较大,结果解读是一个不小的挑战,而且动物实验尤其是符合GLP规范的实验,其成本还需仔细考量。

另外,绝大多数受访者(75%)认可基于iPS-CM动作电位的检测。这一技术手段可以更好印证和帮助人们理解体外离子通道检测得到的结果。

Part-3:突破,工业界的一击

或许是水到渠成:工业界积累了丰富的非临实验数据和经验;临床TQT实验耗费繁剧;QT延长在临床上检出率较低3;TQT存在不可操作性、也不完美(imperfect biomarker )10:全面评价“使用非临床实验预测TQT乃至TdP”已是呼之欲出了3,5。Vargas3等人在S7B Q&A发布之前,刊文指出修订指导原则需要关注的4个关键问题:

时间定格到2018年,FDA和业内科学家5联合发表的论文中,执笔者分析了150个 (43 TQT positive drugs & 107 TQT negative drugs) 向FDA申请的药物数据,全面评测了用in vitro hERG, action potential duration (APD) & in vivo (QTc) assays 来预测临床TQT数据的效用。

这篇论文对以上列举的三种非临床实验,做了深入细致的数据分析。根据TQT 实验的结果,作者定义了临床参考浓度(clinical reference concentration, CRC,为了便于理解可以近似地把CRC比照为ETPCunbound)。基于CRC的不同倍数范围,对这些药物进行数据分析后,结果清晰地显示在30-100倍CRC范围内 in vitro hERG & in vivo (QTc) assays 和临床TQT实验一致尚可, 而且in vivo (QTc) assays具有更大的预测权重。在更细节的层面,我们可以看到in vitro hERG & in vivo (QTc) assays直到100倍CRC的浓度范围内,结果的特异性(specificity)都较为良好(得到假阳性的可能性低)。这为后续是“双阴性”场景的提出,提供了坚实的科学依据3。这里额外指出的此文中提出30-100倍CRC的浓度范围和2003年Redfern等人7重磅数据研究提出的Safety margins参考范围颇为相符,这种对称性体现了科学的历史美感。

APD assay在本研究中总体评分不佳。这并不意味着此类实验不具有科学适用性。研究者指出检测模型和刺激方案巨大的 ”异质性(heterogeneity)” 是导致此类实验评分不佳的重要原因。过往的研究显示,APD assay结合其他复极相关参数(例如动作电位三角形化)在预测致心率失常风险,尤其是涉及通道靶点作用中有着明显效用。有文献报道利用iPS诱导分化的心肌细胞,评价药物诱发的心律失常风险是有效可靠的17。S7B Q&A中明确提出了人源hiPSC-CMs细胞结合标准化实验方案进行APD assay,可作为追加研究。

实践证明,S7B所列举的核心实验和其他早期、探索性实验,可以极大地帮助了筛选出低风险药物3。

------------------------------------------------ 严肃的分割线

裁量一种实验是否合适于药物安全性评价时,需要有两方面考虑3:

1. 分辨能力:在采用的实验中,针对已知不安全的药物,检测出不安全的可能性有多大(即得到阳性结果)-- 反之亦然,(即安全的化合物得到阴性结果)

2. 预测能力:在采用的实验中,判定为不安全药物,确是不安全的可能性有多大?--反之亦然

分辨能力可以用两个基本参数去衡量:敏感性和特异性。前者关注具有安全风险的化合物能否被检测阳性结果;后者关注不具有安全风险的化合物能否被检测阴性结果。

预测能力衡量就相对复杂,简言之是基础概率(Pre-test probability)和分辨能力共同决定的,即为二者的函数 (Predictive power is therefore a property of the assay and the testing context.)这需要指出,基础概率是一个重要因素,不同的基础概率反应了不同的检测场景。同样的实验,在不同的场景下,得出的预测能可以是具有极大的差异。

Vargas3等人用分辨能力和预测能力衡量和分析了S7B所确立的核心实验。首先作者通过文献检索以及CredibleMeds.org数据库统计,设定药物诱发的TdP基础基础概率为10%,临床TQc延长的基础概率为20%(例如,100个新的NCE-New chemical entity,其中会有10个诱发TdP, 有20会导致临床QTc延长);通过分析150个药物的实验数据,并结合TdP和临床QTc延长的预设基础发生率,Vargas等人分析结果显示S7B所确立的核心实验对于TdP和临床QTc延长,具有良好的预测能力,且临床QTc的预测权重更大。

尤其具有实践价值的是,在S7B所确立的两个核心实验都是阴性的前提下,药物诱发的TdP发生可能性只有0.1%, 而且通过数学外推可知,即使TQT结果呈阳性,最终致TdP的概率,也只是上升到0.3%。这一结果促使Vargas等人提出了所谓双阴性的评价场景3。

( New drug candidates identified as low risk--double-negative based on nonclinical WoE (blue boxes) would bypass a TQT study and benefit from basic safety ECG monitoring during clinical development.)

这一标准简洁明确,深具科学之美。在结论部分中,Ta们志满意足地写道 :

In terms of predicting a new drug’s risk for TdP liability, the TQT study offers little added value if the agent was negative (e.g., low risk in fully integrated risk assessment) in both of the ICH S7B core studies. Stated more simply, “the juice is not worth the squeeze”.

Part4. 思辨,监管侧的哲学

双阴性场景这一研发策略的提出,是工业界一记漂亮的全垒打。此敏捷一击并不孤单,监管部门自2005年S7B 、E14指导原则确认以来,一直在践行着变革。

虚伪的西式代议制民主有一条符合数理逻辑的准则:绝对多数原则。这就是说某项议案通过,需获得绝对多数(2/3)以上的赞成票。一般而言,简单多数(超过1/2)会很容易导变化,使得体系极度不稳定;全票通过或者否决,对西方政客就丧失了寻租的机会,自然也不切实际。绝对多数原则在稳定建制体系基础上,也能迭代演进。这一原则折射了ICH或FDA此类技术官僚的特质:老成持重,能与时俱进,也不乏傲慢。

手执权杖的护法者这次颇显慷慨。监管部门明确指出11:指导原则Q&A修订的价值就在于更有效地利用非临床实验使得新药研发更便捷。

1. 深入考量非临床结果,以期可以降低临床TQT的数量

2. 当不具有TQT可行性,通过非临床结果,帮助监管部门有效确认低风险药物

另一面,Ta们又是满脸严肃,不苟言笑,显得忧心忡忡:监管部门对Vargas3等人的工作进行了全面细致的评估11,结论一如既往的直白:不严谨。尤其对Ta们忽略不同实验条件的影响以及in vivo QTc assay所依据样本量偏小,监管者表达了深深的担忧。

当凝视深渊时,深渊也正在凝视着人们自己。于是,监管者们耐心细致地用统计学方法对Vargas等人的工作做了更深入的分析,最终他们跨越了思辨的深渊,得出了自己谨慎的结论:Vargas等人过程虽显毛躁,结论却依然可信。双阴性场景最终得到了监管当局的认可(E14 Q&A,5.1和6.1)。

踌躇满志,满满行囊后,监管侧启程了:

2018年11月,ICH发布Concept paper明确了以Q&A(问答)形式,通过两步走(two-stage)策略,来修正指导原则S7B和E143,10,11; 2020年8月27日,ICH释放出了S7B以及E14指导原则Q&A初稿,并开放讨论; 2020年10月15日至16日,开启了线上讨论10。

Stage-1设定目标为非临床实验标准化,明确致心律失常模型的应用原则,进而协助TQT结果解读、减缓TQT的需要

“Create Q&A(s) for S7B and E14 on in vitro, in silico and in vivo assay standardization and application, while considering the impact of these recommendations on clinical situations where current E14 methodology is problematic.”

Stage-2设定目标包括明确追加实验、预测模型 以及 低风险药物定义(单抗类药物,核算类药物以及low systemic bioavailability) 以及CiPA具体执行策略3,12

“Create Q&A(s) for S7B and E14 on how to use the proarrythmia prediction algorithms or model results;How to Define Low Risk Drugs That Do Not Need Detailed QT-Focused Clinical Evaluation”

伴随ICH S7B所确立的核心实验得到进一步认可和强调,明确某些问题(如:最佳实践范式)就成了当务之急。于是乎S7B Q&A顺势而出。在ICH E14/S7B 为期的两天的Webinar中,对这些利益关切点作了详细研讨10,16:

S7B Q&A大致可以分为三个部分。

1. 综合风险评估 -- Integrated Risk Assessment (S7B Q&As 1.1–1.2)

为了能够有效地把非临床数据应用于临床研究,这一部分提出了需要考虑的要点。首先,在这一部分明确了定义in vitro hERG 和 in vivo QTc assays为阴性的原则,涉及到安全窗口,检测的浓度范围以及最佳实践(best practice)等因素;其次,详尽地描述了如何计算hERG safety margin;然后探讨了在双阴性以及非双阴性场景中,非临床实验数据能够如何支持临床上实验的设计和理解。提出了在实验结果不一致或者对非临床实验结果理解难度较大,可以使用追加实验进一步的机制探讨和TdP风险评测。

同时指出了如果适用,评价其他离子通道也应遵循S7B Q&A 2.1建议的最佳实践--Best practice。

2. 最佳实践范式-- Best Practice Considerations for In vitro Studies and In vivo QT Studies对核心实验以及iPS-CM Repolarization Assays的最佳实践进行了详细的描述。

3. 致心律失常模型的应用原则 -- Principles of Proarrhythmia Models核心实验非双阴性时,可利用致心率失常的模型作为追加实验评估险。这些模型涵盖in silico, in vitro, ex vivo, in vivo等多种类别。这一部分介绍了致心律失常模型的六项应用原则以及大体使用流程,为Stage-2的更详细规范提供了基础11.

翻阅S7B Q&A,不难见出早些年提出的CiPA概念已融入其中。大幕已经徐徐开启,躬逢此变革之时,我们没有资格选择缺席。爱思益普会一如既往地紧盯监管法规的最新动态,及时迭代我们的技术平台,为中国新药研发贡献微薄之力。

附录:从Redfern7等人2003年行业研究以来。研究者们提出了若干 心脏安全性 评价标准。到2020年双阴性场景提出,又进一步明朗。笔者在附录部分,就文献提及评价标准进行简单的罗列总结。一己之力,必然是挂一漏万。

a. 双阴性场景3,11:

b. hERG终点评价:参照双阴性场景3,7,11

“The hERG assay is considered negative when the hERG safety margin is ≥ 30-fold. The hERG safety margin is defined as the hERG concentration of drug producing 50% inhibition (IC50) divided by the estimated clinical free therapeutic plasma concentration ”

c. In vivo QTc assay终点评价:参照双阴性场景3,11

“The in vivo QTc assay is considered negative when the ratio between the highest free plasma concentration without effect (e.g., < 10 milliseconds prolongation of QTc) and the estimated clinical free therapeutic exposure is ≥ 10-fold. If this ratio is < 10, the outcome is positive.”

d. In vitro hERG-IC50 评价13

“Compounds with hERG IC50 values of >10 µM are usually progressed, whereas compounds with IC50 values of <1 µM are usually withheld. Compounds with hERG IC50 values between 1 and 10 µM are evaluated further ”

e. In vitro hERG-非IC50 评价14

“If a compound inhibits hERG current less than 20% at 30-fold ETPCtotal, and has no other pharmacological, concern, proceed to further development, namely APD assay”

f. In Vitro QTc prolongation评价6,7,15

“Published potency values for eliciting a 10-20% increase in the duration of the cardiac action potential at 90% repolarisation (APD90) in in vitro preparations. A 10% increase in APD90 is typically the minimumincrease that reaches statisticalsignificance in such studies, and is also the degree of change considered physiologically significant ”以及 “TRIaD”

以上列举的这些评价标准,权威性不一而足,当从中无不见出从业者们精致的考量:

1. 减少临床TQT的要求,大幅降低研发成本,提高成功概率

2. 降低假阳性的比例,而非构建更加敏感的检测方案

这些评价标准的具体实践有所差异。例如葛兰素史克生化与分析药理学部,在Preclinical development阶段, 对于In Vitro hERG不明确的化合物,会追加检测麻醉状态豚鼠在体QTc prolongation assay, 并以5%为QTc 变化阈值13。

笔者妄自猜度,面对零零总总的标准,对监管部门而言,确立清晰简明的要求(e.g. 双阴性场景)而把繁杂的技术考量留给研发者自行取舍裁是一种可行的选择。那么,即时没有明确的监管要求,这些长久为制药企业所践行的标准,依然对研发工作颇具价值。

本文局限性:

笔者主要参考了Vargas3等人2021年的行业研究,参考文献不够翔实;表达仅是主观认知与一己之思,便难免之于偏颇,失之于肤浅,唯求抛砖引玉之功吧。

所谓:

炼得身形似鹤形,千株松下两函经。

我来问道无余说,云在青天水在瓶。

---- 前路道阻且长,吾辈唯有风雨兼程、奋力前行。

张旭, 2021年8月25日

于爱思益普

Ref:

1. International Council for Harmonization of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use (ICH). Final concept paper: ICH S7B and E14 Q&A <https://datab ase.ich.org/sites/ defau lt/ files/ E14S7B_IWG_Conce pt_Paper.pdf> (2018).

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3. Vargas HM, Rolf MG, Wisialowski TA, Achanzar W, Bahinski A, Bass A, Benson CT, Chaudhary KW, Couvreur N, Dota C, Engwall MJ, Michael Foley C, Gallacher D, Greiter-Wilke A, Guillon JM, Guth B, Himmel HM, Hegele-Hartung C, Ito M, Jenkinson S, Chiba K, Lagrutta A, Levesque P, Martel E, Okai Y, Peri R, Pointon A, Qu Y, Teisman A, Traebert M, Yoshinaga T, Gintant GA, Leishman DJ, Valentin JP. Time for a Fully Integrated Nonclinical-Clinical Risk Assessment to Streamline QT Prolongation Liability Determinations: A Pharma Industry Perspective. Clin Pharmacol Ther. 2021 Feb;109(2):310-318.

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