Tratando a acondroplasia: como estamos?

Algumas informações básicas

Vinte anos passaram desde a identificação da causa da acondroplasia. Hoje sabemos que a acondroplasia é causada por uma alteração na estrutura (uma mutação) no gene que contem as infomações químicas para a produção da proteína denominada receptor do fator de crescimento de fibroblastos 3 (FGFR3) (1,2) (Figura 1). Esta proteína reativa (por isso também chamada de enzima) é responsável por reduzir a capacidade de um tipo particular de células, os condrócitos das placas de crescimento cartilaginosas, de proliferar (multiplicar) e hipertrofiar (amadurecer) (3).

Figura 1. A estrutura do FGFR3.

A placa de crescimento é um tecido delgado e muito especializado localizado em ambas as extremidades dos ossos longos e é responsável pelo crescimento ósseo (4) (Figura 2). O FGFR3 é um fator chave para o crescimento ósseo, mas não é o único: há um grande número de outros fatores químicos e mecânicos que atuam positiva ou negativamente para modular o ritmo de desenvolvimento dos ossos no corpo em crescimento (5). Portanto, qualquer perturbação nessa complexa rede pode comprometer o crescimento normal do osso. Por que é importante saber isso? Porque quando estamos tentando encontrar terapias para a acondroplasia devemos prestar atenção aos mecanismos de ação das drogas: não queremos usar uma droga que pode bloquear o FGFR3 mas também causar impacto em outros agentes na placa de crescimento.

Figura 2. A cartilagem da placa de crescimento.

Sabemos que o papel natural do FGFR3 nos condrócitos é o de reduzir a velocidade da sua proliferação e maturação, e a mutação causadora da acondroplasia o torna mais ativo: reações químicas no interior do condrócitos que eram levemente ativadas pela enzima normal, são intensificadas pela enzima alterada. Uma hipótese aceita por alguns investigadores é a de que essas reações químicas levam o condrócito a entrar em um estado de paralisia, chamado de senescência celular, quando a célula não morre, mas para de realizar a maioria de suas funções normais (6). Com menos condrócitos multiplicando e amadurecendo, a placa de crescimento não atinge seu pleno potencial e os ossos crescem menos.

Já revimos todos os conceitos descritos acima antes, aqui no blog. Você pode ler mais sobre a forma como os condrócitos trabalham sob influência do FGFR3 em vários artigos anteriores, os quais pode encontrar na página de seu idioma preferido acessível no topo desta página.

Tratando a acondroplasia

A acondroplasia pode ser tratada? A resposta é sim, embora o meio para conseguí-lo possa ser difícil. A acondroplasia tem algumas características que a torna uma condição clínica certamente abordável para tratamento dos pontos de vista médico, farmacológico e econômico:

1. A mutação do FGFR3 que causa a acondroplasia é quase sempre a mesma em todos os casos: G380R (um aminoácido chamado glicina é substituído por uma arginina na posição 380 da cadeia da proteína), de modo que é altamente previsível. Isto é bem diferente de outras desordens causadas por mutações genéticas, em que a mutação pode ser mais imprevisível;

2. Os mecanismos de ação do FGFR3 no condrócitos são agora razoavelmente conhecidos, e não tem havido grande preocupação expressa na literatura especializada sobre funções inesperadas, embora de vez em quando são publicadas novas interações entre o FGFR3 e outras proteínas e sua influência em outras células, tais como os osteoblastos.

Isto é importante do ponto de vista do desenvolvimento de drogas, pois uma das questões que o investigador de novas medicações precisa responder é se o alvo identificado (aqui, o FGFR3) tem realmente uma relação de causa e efeito com a condição clínica. Em outras palavras, é preciso responder se existe evidência clara de que o FGFR3 é o causador da acondroplasia. Claramente, existem muitas evidências neste sentido;

3. O FGFR3, um agente muito importante durante o desenvolvimento da nova vida in utero, deixa de ser expresso (produzido) de forma significativa pela maioria das células do corpo após o nascimento. A principal exceção é exatamente o condrócito da placa de crescimento. Este padrão torna o FGFR3 um alvo muito interessante: o risco de uma droga dirigida contra o FGFR3 causar efeitos em outras células ou tecidos é baixo;

4. O FGFR3 é uma proteína que pode ser alcançada fora da célula, por isso uma medicação potencial não necessariamente teria que entrar no condrócito para bloquear o receptor hiperativo. Teoricamente, isso faz com que o FGFR3 seja um alvo mais fácil para o desenvolvimento de drogas;

5. A população-alvo é previsível, com uma taxa de prevalência conhecida (cerca de 1 em 25000 nascimentos). A acondroplasia é, na maioria das vezes, provocada por um evento espontâneo, o que é chamado tecnicamente de mutação de novo. Assim, para desenvolvedores de drogas, haverá novos pacientes no futuro;

6. O FGFR3, em sua função de regulação do crescimento dos condrócitos, tem prazo de validade: a placa de crescimento fecha ao final da puberdade, logo a enzima não é um alvo para a vida toda. É importante que isso seja entendido pelos sistemas de saúde/reembolso, governos e pagantes em geral, que vão precisar equilibrar o custo potencial dessas terapias em relação aos orçamentos, custos de saúde associados à condição clínica se não tratada (custos vs. benefícios) e o impacto social.

A lista pode ser ampliada, mas o objetivo aqui é apenas de enumerar alguns dos principais temas. Agora, o que faz com que a acondroplasia seja difícil de tratar? Há pelo menos quatro questões especiais:

1. O condrócito da placa de crescimento não é fácil de alcançar. A placa de crescimento cartilaginosa é um ambiente denso, eletricamente carregado e não tem suprimento direto de sangue, portanto qualquer agente terapêutico precisará ter a capacidade de trafegar através deste labirinto para alcançar o alvo. Ele deve ter o tamanho e propriedades moleculares adequadas. Estudos anteriores demonstraram que moléculas grandes, tais como os anticorpos, podem não ter essa capacidade, devido ao seu tamanho. Outros agentes potenciais, tais como aptâmeros, são frágeis e podem precisar de sistemas de transporte (digamos, como um táxi) para chegar ao seu destino, mas, novamente, isso poderia comprometer o seu tamanho final. Ou então, de alterações na sua estrutura, tais como a que foi aplicada no análogo do peptídeo natriurético tipo C (CNP) BMN-111.

2. A pesquisa de drogas para bloquear uma proteína não é fácil. A tecnologia atual até tem sido capaz de criar drogas para inibir muitas proteínas receptoras, incluindo o FGFR3. O problema reside no fato de que elas não são suficientemente específicas. Estes fármacos, muitos já na farmácia, têm sido geralmente concebidos para bloquear um único ponto na estrutura destas proteínas localizado no interior da célula e chamado de bolsos de ATP (o domínio de tirosina-quinase apontado na Figura 1, acima). Essas estruturas das proteínas receptoras são muito semelhantes (o que é chamado de homologia), de modo que os fármacos que visam esta região podem inibir vários receptores ao mesmo tempo. Veja, por exemplo, o dovitinib, um inibidor pan-FGFR. Devemos lembrar que, ao tratar uma criança com acondroplasia, inibir outras proteínas normais em um corpo em desenvolvimento é algo longe de ser desejável.

Com uma meta mais difícil de alcançar, o risco para o desenvolvimento e descoberta de medicamentos aumenta e esta é uma boa razão para desenvolvedores de drogas não se concentrarem em soluções terapêuticas potenciais para a acondroplasia. De fato, a pesquisa na área é pequena e geralmente conduzida por pesquisadores acadêmicos e/ou independentes. Como exemplos, podemos citar os casos da meclizina e da armadilha de ligante sFGFR3.

3. O paciente é uma criança. Quando se trata de explorar soluções para doenças que afetam especialmente as crianças, o desenvolvimento de drogas torna-se ainda mais difícil. A regulamentação sobre pesquisa clínica em crianças, uma população especial, embora bastante razoável, é também estrita. Os padrões éticos tem que ser elevados. Hoje em dia, não é mais possível inferir a dose pediátrica de um fármaco a partir da extrapolação da de um adulto. O desenvolvedor de drogas deve encontrar a dose pediátrica adequada através da realização de estudos clínicos em crianças e, por isso, os riscos são maiores.

4. Quanto menos frequente a condição clínica a tratar, mais cara a nova terapia tende a ser depois de aprovada. Este fato é o maior desafio em termos de acesso ao tratamento aos indivíduos que necessitarão da nova terapia. Para condições que têm taxas de prevalência similares as da acondroplasia, terapias disponíveis chegam facilmente a mais de USD 300 mil por paciente/ano. 

Atualmente, há um forte debate entre as partes interessadas sobre os preços de medicamentos e seu reembolso. A grande questão é como fazer com que o desenvolvimento de medicamentos seja sustentável, e ao mesmo tempo que as novas terapias continuem a encontrar o caminho aos pacientes que delas necessitam? É natural e muito justo buscar recompensa pelo bom trabalho realizado, mas, como um exemplo de como as coisas estão andando, dê uma olhada no atual debate sobre o preço da nova terapia inovadora para a hepatite C, o sofosbuvir (7-11). A hepatite C não é exatamente uma doença rara, há milhões de pessoas em todo mundo candidatas ao novo tratamento, de modo que a lógica da baixa prevalência vs. alto custo não se encaixa neste caso.

Atuais estratégias disponíveis para o tratamento da acondroplasia

Embora existam desafios para o desenvolvimento de uma terapia para a acondroplasia, estamos, de fato, observando novas estratégias sendo propostas e exploradas, com uma delas já em desenvolvimento clínico. Então, vamos rever brevemente a informação disponível sobre elas. Lembre-se que você pode encontrar informações mais específicas sobre tudo escrito aqui em artigos anteriores do blog.

Meclizina

A meclizina é um medicamento antigo usado hoje para tratar enjoo de movimento. O grupo japonês liderado pelo Dr. Ohno começou a explorar seu potencial de ação no desenvolvimento ósseo aproveitando a nova política regulatória para reavaliar medicamentos antigos para novas indicações terapêuticas (12). Em suas experiências, eles descobriram que a meclizina foi capaz de reduzir a sinalização do FGFR3 em condrócitos (Figura 3). Isto é exatamente o que um medicamento destinado ao tratamento da acondroplasia deve fazer. Os testes foram realizados em tecido ósseo extraído a partir de animais (explantes).

Figura 3. Locais de ação da meclizina, CNP e dos inibidores de tirosina-quinase NF449 e A31.

Matsushita M et al. (2013). PLoS ONE 8(12): e81569. doi:10.1371/journal.pone.0081569. Reproduzido para fins educativos somente.

Os autores informam no final de seu artigo que eles estariam começando a explorar o uso da meclizina em animais vivos, por isso teremos que esperar os próximos resultados desses testes para verificar o uso potencial da meclizina na acondroplasia.

Se a meclizina provar que funciona em um modelo animal apropriado de acondroplasia, em seguida, haverá necessidade de explorá-la no contexto clínico. A meclizina tem pelo menos duas vantagens fundamentais sobre os novos compostos. ela está disponível no mercado há décadas e o seu perfil de segurança é razoavelmente conhecido, apesar de que questões sobre a dose adequada para a população-alvo e sobre seu uso em longo prazo em crianças ainda tem de ser respondidas. A segunda vantagem é o seu baixo custo e a imediata disponibilidade. Você pode ler mais sobre a meclizina aqui.

sFGFR3 e outras estratégias de armadilhas de ligante

Publicado em setembro de 2013, o estudo realizado pelos investigadores franceses liderados pela Dra. Gouze (13) recebeu muita atenção por parte da mídia em todo o mundo. Este composto é uma cópia do FGFR3 natural feito sem a parte que ancora este receptor à membrana celular (parede) do condrócito. Em vez de ficar preso à parede dos condrócitos ele pode circular livremente. Mas, como é que o sFGFR3 funciona?

O conceito é simples e interessante: o FGFR3 não trabalha sozinho, ele precisa de um FGF para ativá-lo. Dentro da placa de crescimento, os FGFs são polipeptídeos que se encontram na vizinhança dos condrócitos e ativam os receptores (os FGFRs) sob certas condições. Como fica flutuando livremente no mesmo ambiente, o sFGFR3 poderia capturar esses FGFs antes que conseguissem chegar ao receptor natural na membrana da célula. É por isso que este tipo de abordagem é chamada de armadilha ou isca de ligante (neste caso o FGF).

Os resultados do sFGFR3 são impressionantes e animadores (Figura 4). No entanto, como transpor a grande barreira entre o laboratório acadêmico e a estrutura do desenvolvimento de drogas do mundo real? Para isso é preciso que uma indústria farmacêutica assuma os próximos passos, uma vez que a continuidade da investigação ao desenvolvimento clínico gera um expressivo volume de trabalho, desde testes com a droga em animais maiores até conhecer com mais precisão as características químicas do sFGFR3.

Figura 4. O tratamento com o sFGFR3 resgata o crescimento em um modelo animal de acondroplasia.

Existem pelo menos duas outras estratégias de armadilha de ligante divulgadas na literatura tendo como alvo os FGFRs, uma delas em investigação para o tratamento de alguns tipos de câncer em que os FGFRs desempenham um papel importante (FP-1039/GSK3052230) (14). Este composto é feito da fusão da parte básica de um anticorpo (a parte Fc) com o domínio extracelular do FGFR1 (a parte que acopla com o ligante). É relevante o fato de que esta molécula mostrou ligar-se, principalmente, aos mesmos FGFs que são considerados os mais relevantes na acondroplasia (FGF9 e FGF18). Esse composto tem também uma grande vantagem neste momento: ele já está em testes em humanos, em estudos clínicos para o câncer. Neste caso, as principais questões que precisam de respostas na fase pré-clínica de desenvolvimento de drogas já foram respondidas. O desenvolvedor desse composto teria que se interessar em explorar esta outra indicação potencial.

A terceira foi divulgada em um registro de patentes e vem da Flórida, EUA (15). O Dr Ghivizzani descreve uma forma solúvel de FGFR3 (como o sFGFR3 francês) e afirma que pode ser utilizado para o tratamento de acondroplasia. Não consegui encontrar estudos publicados explorando esta molécula.

BMN-111 e outros análogos do CNP

Neste momento a potencial terapia mais avançada em investigação para o tratamento da acondroplasia, o BMN-111 está sendo testado em crianças com acondroplasia em um estudo clínico de fase 2. Fase 2 significa que os objetivos são provar o conceito do tratamento com o novo medicamento (isso realmente funciona?), encontrar a dose terapêutica mais adequada para os próximos passos da pesquisa e aprender sobre a segurança a curto prazo. Veja a Figura 3, para entender como o BMN-111, um análogo do CNP, funciona.

É muito importante entender que o CNP não bloqueia o FGFR3 diretamente. Ele funciona indiretamente, reduzindo a ativação da principal cascata química acionada pelo FGFR3 nos condrócitos, a MAPK (quinase de proteína ativada por mitógeno) (Figura 3). Não é errado inferir que o CNP e o FGFR3 têm funções antagônicas nos condrócitos.

A figura 5, extraída de uma das últimas apresentações públicas da Biomarin, o desenvolvedor do BMN-111, mostra o desenho do estudo da fase 2.

Figura 5. Estudo de fase 2 do projeto do BMN-111.

Da apresentação da Biomarin na Barclays Global Healthcare Conference, Mar 12 2014.

Este estudo de fase 2 foi iniciado em janeiro passado e ainda está em andamento, de acordo com a informação disponível na conferência realizada pela Wells Fargo e a Biomarin em 17 de junho. Isso significa que até o momento não houve questões relevantes em termos de segurança.

A Biomarin estima que terá os resultados completos do estudo de fase 2 no segundo trimestre de 2015. Se forem positivos, então será necessário confirmar os resultados obtidos em um estudo de fase 3, maior e mais longo. Dado o intervalo de tempo usual necessário para a elaboração e aprovação de uma nova terapia, se o BMN-111 revelar ser seguro e eficiente se poderia estimar que levará cerca de três anos mais a partir de agora para estar disponível para os pacientes.

Recentemente, outro análogo do CNP foi testado em um modelo animal de neurofibromatose, uma desordem genética que coincidentemente produz o mesmo tipo de hiperatividade da principal cascata química governada pelo FGFR3 na acondroplasia (a MAPK), também levando a um crescimento ósseo limitado (16). Ao bloquear a cascata MAPK da mesma maneira com que faz o CNP (veja a Figura 3), a molécula chamada NC-2 poderia ser uma opção como terapia para a acondroplasia. Sabemos que está no portfólio de uma indústria de biotecnologia (17). No entanto, como o NC-2 foi utilizado por um pesquisador independente, em outro contexto, é razoável supor que este desenvolvedor abandonou as pesquisas com este composto (riscos?).

Concluindo

Há também outras abordagens novas publicadas nos últimos anos. Por exemplo, pelo menos dois grupos de investigadores conceberam peptídeos que são capazes de se ligar a parte externa do FGFR3 e bloquear a sua função (18,19). Recentemente, os inibidores da tirosina quinase anti-FGFR3 NF449 (20) e A31 (21) descritos acima, mostraram melhorias em termos de design molecular para uma melhor especificidade para o alvo, mas parece que eles não estão mais sendo desenvolvidos. Um investigador da Flórida, EUA, vem propondo que outros peptídeos natriuréticos além do CNP, tais como o chamado Vessel Dilator (22), poderiam ser usados para tratar a acondroplasia, mas não houve nenhum trabalho direto em modelos animais publicado para confirmar esta hipótese. A lista é ainda mais longa, mas vou parar por aqui, por enquanto. Você pode explorar o blog para aprender sobre outras abordagens potenciais (tente aptâmeros).

Com todos esses novos caminhos a ser explorados, é provável que não muito longe no futuro haverá mais de uma opção para o tratamento da acondroplasia e outros distúrbios relacionados. A questão então não será mais se haverá uma terapia para a acondroplasia, mas qual iremos escolher para tratar nossas crianças.

Espero que este pequeno resumo tenha sido útil para o leitor interessado em compreender qual o estado atual da investigação de terapias para tratar a acondroplasia.

Referências

1. Bellus GA et al. Achondroplasia is defined by recurrent G380R mutations of FGFR3. Am J Hum Genet 1995;56(2):368-73. Free access.

2. Rousseau F et al. Mutations in the gene encoding fibroblast growth factor receptor-3 in achondroplasia. Nature 1994;371(6494):252-4. Free access.

3. Foldynova-Trantirkova S et al. Sixteen years and counting: the current understanding of fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) signaling in skeletal dysplasias. Hum Mutat 2012;33:29–41. Free access.

4. Kronenberg HM. Developmental regulation of the growth plate. Nature 2003; 423(6937): 332-6.

5. Lui JC, Nilsson O and Baron J. Recent insights into the regulation of the growth plate. J Mol Endocrinol April 16, 2014 JME-14-002.

6. Krejci P. The paradox of FGFR3 signaling in skeletal dysplasia: why chondrocytes growth arrest while other cells over proliferate. Mutat Res Rev Mutat Res 2014; 759:40-8.

7. Knox R. $1,000 pill for Hepatitis C spurs debate over drug prices. NPR News. Accessed 18th June 2014.Free access.

8. Medecins Sans Frontiers. MSF responds to reports on Gilead pricing for hepatitis C drug sofosbuvir in developing countries. Accessed 18th July 2014. Free access.

9. Hill A et al. Minimum costs to produce Hepatitis C direct acting antivirals. Presented at the 64th Annual Meeting of AASLD, Washington DC, USA, November 2013 [Poster 1097]. Published as: Hill A et al. Minimum production costs of direct acting antivirals, for use in large-scale HCV eradication programmes in developing countries. Hepatology 2013; 58 (suppl.1): 740A. Free access.10. Waxman HA et al. Congress of the United States. Letter to John C Martin, CEO Gilead Sciences Inc. 2014 Mar 20th. Free Access.

11. Senior M. Sovaldi makes blockbuster history, ignites drug pricing unrest. Nature Biotech 2014; 32 (6): 501-2. 

12. Matsushita M et al. Meclozine facilitates proliferation and differentiation of chondrocytes by attenuating abnormally activated FGFR3 signaling in achondroplasia. PLoS ONE 2013 8(12): e81569. doi:10.1371/journal.pone.0081569. Free access.

13. Garcia S et al. Postnatal soluble FGFR3 therapy rescues achondroplasia symptoms and restores bone growth in mice. Sci Transl Med 2013;5:203ra124.

14. Tolcher A et al. Preliminary results of a dose escalation study of the fibroblast growth factor(FGF) “trap” FP-1039 (FGFR1:Fc) in patients with advanced malignancies. 22nd EORTC-NCI-ACR symposium on molecular targets and cancer therapeutics, November 16-19, 2010. Berlin, Germany. Free access.

15. Ghivizzani SC. Delivery of soluble FGFR3 as a treatment for achondroplasia. National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases. 2013; Project Number: 5R01AR057422-04.

16. Ono K et al. The ras-GTPase activity of neurofibromin restrains ERK-dependent FGFR signaling during endochondral bone formation. Hum Mol Genet 2013;22(15):3048-62. 

17. Alexion Pharma International. Compositions comprising natriuretic peptides and methods of use thereof.Patent US 20120164142 A1. Jun, 28th 2012. Free access.

18. Jin M et al. A novel FGFR3-binding peptide inhibits FGFR3 signaling and reverses the lethal phenotype of mice mimicking human thanatophoric dysplasia. Hum Mol Genet 2012; 21(26):5443-55. Free access.

19. Yissum Research Development Company. The original link offering their peptides has been put down. Refer to the following article of the blog to read about this approach:  Treating achondroplasia with peptides specifically against FGFR3.

20. Krejci P et al. NF449 is a novel inhibitor of fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) signaling active in chondrocytes and multiple myeloma cells. J Biol Chem 2010; 285(27): 20644-53. Free access.

21. Jonquoy A et al. A novel tyrosine kinase inhibitor restores chondrocyte differentiation and promotes bone growth in a gain-of-function Fgfr3 mouse model. Hum Mol Genet 2012 ; 21(4):841-51. Free access.

22. Vesely DL. Method of treating skeletal dysplasias using vessel dilator. Patent US 20130096061 A1. April 18th, 2013.