Präklinische Sicherheitstests bewerten die potenzielle Toxizität eines neuen Medikamentenkandidaten in Labortieren und in In-vitro-Systemen, bevor die Verbindung Menschen verabreicht wird. Diese Studien sollen Zielorgane der Toxizität identifizieren, Dosis-Wirkungs-Beziehungen herstellen und eine sichere Anfangsdosis für erste klinische Studien am Menschen bestimmen. Aufsichtsbehörden verlangen ein umfassendes präklinisches Sicherheitspaket als Teil der Einreichung eines Investigational New Drug (IND) oder Clinical Trial Application (CTA).

Was ist präklinische Sicherheit?

Präklinische Sicherheitstests, auch nichtklinische Sicherheitsbewertung genannt, werden in Übereinstimmung mit den Vorschriften der Guten Laborpraxis (GLP) durchgeführt, um die Datenqualität und -integrität sicherzustellen. Das Grundprinzip besteht darin, dass Tierversuche die Toxizität beim Menschen mit ausreichender Zuverlässigkeit vorhersagen können, um die Exposition menschlicher Freiwilliger gegenüber der Versuchsverbindung zu rechtfertigen. Die Anzahl der erforderlichen Studien hängt von der therapeutischen Indikation, der Dauer der vorgeschlagenen Dosierung beim Menschen und den chemischen und pharmakologischen Eigenschaften der Verbindung ab. Alle Studien müssen vor der behördlichen Einreichung abgeschlossen und gemeldet werden. Die Ergebnisse werden in der Prüferbroschüre zusammengefasst, die den Anträgen für klinische Studien beiliegt.

Studien zur akuten Toxizität

Akute Toxizitätsstudien bewerten die Auswirkungen einer Einzeldosis des Arzneimittelkandidaten, die typischerweise in steigenden Dosen verabreicht wird, um die maximal tolerierte Dosis und den tödlichen Dosisbereich zu bestimmen. In der Vergangenheit wurde in diesen Studien die mittlere tödliche Dosis (LD50) als primärer Endpunkt verwendet, aber moderne regulatorische Richtlinien haben die LD50-Bestimmung durch einen Dosis-Eskalations-Ansatz ersetzt, der weniger Tiere verwendet. Im Rahmen der Studie werden Tiere über einen Zeitraum von vierzehn Tagen auf Anzeichen von Toxizität, Verhaltensänderungen und Mortalität beobachtet, gefolgt von einer groben Autopsie und einer histopathologischen Untersuchung wichtiger Organe. Ergebnisse aus akuten Toxizitätsstudien geben Aufschluss über den Dosisbereich für Toxizitätsstudien mit wiederholter Gabe und helfen bei der Identifizierung der Zielorgane der Toxizität.

Toxizitätsstudien bei wiederholter Gabe

Bei Studien zur Toxizität bei wiederholter Gabe, auch Studien zur subakuten und chronischen Toxizität genannt, wird der Arzneimittelkandidat täglich über einen Zeitraum von zwei Wochen bis zu neun Monaten verabreicht, abhängig von der beabsichtigten Dauer der Behandlung am Menschen. Normalerweise sind zwei Arten erforderlich – ein Nagetier (typischerweise Ratte) und ein Nicht-Nagetier (typischerweise Hund oder Minischwein). Die Studien bewerten klinische Symptome, Körpergewicht, Nahrungsaufnahme, Augenheilkunde, Elektrokardiographie, klinische Pathologie (Hämatologie, klinische Chemie, Koagulation, Urinanalyse) und Organgewichte, gefolgt von einer umfassenden Histopathologie. Der aus diesen Studien abgeleitete No-Observed-Adverse-Effect-Level (NOAEL) ist der Schlüsselparameter zur Berechnung der Humanäquivalentdosis und der Sicherheitsmarge für Erstversuche am Menschen.

Genotoxizität und Karzinogenität

Genotoxizitätstests bewerten das Potenzial der Verbindung, DNA-Schäden zu verursachen, die zu Mutationen und Krebs führen könnten. Die Standardbatterie umfasst einen In-vitro-Bakterien-Rückmutationstest (Ames-Test), einen In-vitro-Mutationstest an Säugetierzellen und einen In-vivo-Mikronukleustest an Nagetieren. Es ist unwahrscheinlich, dass Verbindungen, die positive Genotoxizitätssignale zeigen, fortschreiten, es sei denn, der therapeutische Nutzen bei einer lebensbedrohlichen Erkrankung wird als größer eingeschätzt als das Risiko. Karzinogenitätsstudien, typischerweise zweijährige Biotests an Ratten und Mäusen, sind für Arzneimittel erforderlich, die für eine chronische Anwendung über sechs Monate oder länger vorgesehen sind. Aufgrund ihrer langen Dauer werden diese Studien während der klinischen Entwicklung und nicht vor ersten Versuchen am Menschen durchgeführt.

Reproduktionstoxikologie

Studien zur Reproduktionstoxikologie bewerten die Auswirkungen des Medikamentenkandidaten auf die Fruchtbarkeit, die embryonale und fetale Entwicklung sowie die prä- und postnatale Entwicklung. Das standardmäßige Drei-Segment-Design umfasst eine Studie zur Fruchtbarkeit und frühen Embryonalentwicklung (Segment I) an Ratten, eine Studie zur embryo-fetalen Entwicklung (Segment II) an Ratten und Kaninchen sowie eine Studie zur prä- und postnatalen Entwicklung (Segment III) an Ratten. Weibliche Tiere werden in kritischen Zeitfenstern der Fortpflanzung dosiert, und die Nachkommen werden auf strukturelle Anomalien, Wachstumsstörungen und Funktionsdefizite untersucht. Befunde zur Reproduktionstoxizität werden in der Produktkennzeichnung beschrieben und können die Verwendung des Arzneimittels bei Frauen im gebärfähigen Alter einschränken.

Sicherheitspharmakologie

Studien zur Sicherheitspharmakologie bewerten das Potenzial der Verbindung für unerwünschte pharmakodynamische Wirkungen auf lebenswichtige Organsysteme. Die Kernbatterie bewertet Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf-, Zentralnerven- und Atmungssystem. Die kardiovaskuläre Beurteilung umfasst typischerweise eine Telemetriestudie an wachen Hunden zur Messung von Blutdruck, Herzfrequenz und elektrokardiographischen Parametern, mit besonderem Augenmerk auf die QT-Intervallverlängerung, die durch die Hemmung des hERG-Kanals vermittelt wird. Die Beurteilung des Zentralnervensystems bei Ratten nutzt die funktionelle Beobachtungsbatterie (FOB), um Auswirkungen auf motorische Aktivität, Verhalten, Koordination und sensorische Funktion zu erkennen. Die Atemfunktion wird durch Messung der Atemfrequenz, des Atemzugvolumens und der Blutgase bei Nagetieren beurteilt.

Regulatorische Anforderungen

Präklinische Sicherheitstests unterliegen den Richtlinien des International Council for Harmonization (ICH), insbesondere ICH M3 (nichtklinische Sicherheitsstudien für klinische Studien am Menschen), ICH S7A (Sicherheitspharmakologie), ICH S7B (kardiale Sicherheit), ICH S2 (Genotoxizität) und ICH S5 (Reproduktionstoxikologie). Diese Richtlinien legen den Zeitpunkt, die Dauer und das Design jeder Studie im Verhältnis zu den klinischen Entwicklungsphasen fest. Die behördliche Akzeptanz hängt auch von der Einhaltung der GLP-Standards für die Studiendurchführung, Datenaufzeichnung und Archivierung ab.

Fazit

Präklinische Sicherheitstests sind der entscheidende Gatekeeper, der sicherstellt, dass nur Verbindungen mit einem akzeptablen Sicherheitsprofil in Versuche am Menschen gelangen. Die umfassende Reihe akuter, wiederholt verabreichter, genetischer, reproduktiver und sicherheitspharmakologischer Studien gibt Regulierungsbehörden und Sponsoren die Gewissheit, dass die Vorteile von Tests am Menschen die vorhersehbaren Risiken überwiegen. Eine gründliche Sicherheitsbewertung in dieser Phase schützt die Teilnehmer klinischer Studien und verringert die Wahrscheinlichkeit kostspieliger Ausfälle im Spätstadium aufgrund unerwarteter Toxizität.