Desarrollo y validación de un ensayo farmacodinámico ex-vivo y su aplicación para evaluar la actividad de inhibidores de la calcificación cardiovascular en estudios preclínicos y clínicos

Abstract

[spa] La calcificación cardiovascular (CCV) es un proceso patológico complejo y activo consistente en la formación de depósitos minerales de fosfato cálcico en forma de hidroxiapatita que provocan un engrosamiento y una pérdida de elasticidad de las paredes arteriales y de las válvulas cardíacas. En condiciones normales, la CCV no ocurre de forma significativa ya que existe un balance entre los promotores y represores de la calcificación. En cambio, cuando hay alteraciones fisiológicas, como consecuencia de determinadas patologías o del envejecimiento, puede existir un desequilibrio entre dichos factores que provoca la degeneración del sistema cardiovascular. La CCV acelerada es una complicación grave de la enfermedad renal crónica que contribuye a una alta morbilidad y mortalidad, especialmente en pacientes sometidos a diálisis. De hecho, al menos el 80% de estos pacientes sufren algún tipo de CCV. Actualmente no existe ningún tratamiento aprobado para prevenir y tratar la progresión de la CCV en enfermedades relacionadas con esta complicación en pacientes en diálisis. Por tanto, es necesaria la búsqueda de nuevos biomarcadores para evaluar la efectividad de nuevas terapias de intervención para tratar la CCV en ensayos clínicos. El SNF472 es una formulación intravenosa de myo-inositol hexafosfato, un inhibidor selectivo de la formación y el crecimiento de la hidroxiapatita, que se está desarrollando para tratar enfermedades relacionadas con la CCV, como la calcifilaxis y la enfermedad arterial periférica, en pacientes dializados. Así pues, el objetivo general de esta tesis fue desarrollar y validar una técnica espectrofotométrica in vitro/ex vivo para evaluar el potencial de cristalización de fosfato de calcio en plasma, y establecer una relación entre la inhibición de la CCV in vivo y la inhibición de la cristalización ex vivo a nivel preclínico y clínico usando el SNF472 como inhibidor. Para alcanzar este objetivo, realizamos un conjunto de ensayos para desarrollar y poner a punto un nuevo método de farmacodinamia para determinar el potencial de cristalización de fosfato de calcio en plasma humano, y evaluamos su respuesta en muestras de plasma con diferentes inhibidores/represores de la cristalización. Posteriormente, validamos dicha técnica in vitro en plasma de voluntarios sanos usando el SNF472 como inhibidor, y comprobamos su aplicabilidad en plasma de rata. También hemos comparado la respuesta del ensayo en muestras de plasma de voluntarios sanos y pacientes en tratamiento de hemodiálisis. Adicionalmente, hemos realizado un conjunto de experimentos in vivo en ratas: un estudio farmacocinético por infusión intravenosa de SNF472; un estudio para optimizar el modelo patológico animal para inducir la CCV por vitamina D; dos estudios de eficacia para evaluar el efecto del SNF472 en la prevención de la CCV; y un último estudio para evaluar el efecto del SNF472 en la inhibición de la progresión de la CCV inducida por vitamina D. Finalmente, llevamos a cabo el análisis de farmacodinamia y farmacocinética en el marco de dos ensayos clínicos de fase 2 con SNF472, y buscamos correlaciones entre las concentraciones de SNF472, la eficacia clínica y la inhibición de la cristalización ex vivo con el método validado. En conclusión, los resultados de estos estudios nos han permitido obtener un ensayo de farmacodinamia in vitro/ex vivo para determinar el potencial de cristalización de fosfato de calcio en plasma humano y de rata. Además, hemos demostrado la correlación de los resultados del ensayo ex vivo tanto con la inhibición de la calcificación in vivo en rata como con la eficacia clínica en pacientes en tratamiento de diálisis. Por tanto, este método no invasivo podría ser utilizado para evaluar desde fases preclínicas y clínicas muy tempranas los potenciales efectos terapéuticos de inhibidores de la calcificación, como el SNF472, en enfermedades relacionadas con la CCV.

[cat] La calcificació cardiovascular (CCV) és un procés patològic complex i actiu que consisteix en la formació de dipòsits minerals de fosfat de calci en forma d'hidroxiapatita que provoquen un engrossiment i una pèrdua d'elasticitat de les parets arterials i de les vàlvules cardíaques. En condicions normals, la CCV no es dona de manera significativa degut al balanç entre els promotors i repressors de la calcificació. En canvi, quan hi ha alteracions fisiològiques, com a conseqüència de determinades patologies o de l'envelliment, pot existir un desequilibri entre aquests factors que provoca la degeneració del sistema cardiovascular. La CCV accelerada és una complicació greu de la malaltia renal crònica que contribueix a una alta morbiditat i mortalitat, especialment en pacients sotmesos a diàlisi. De fet, almanco un 80% d'aquests pacients pateixen algun tipus de CCV. Actualment no existeix cap tractament aprovat per prevenir i tractar la progressió de la CCV en malalties relacionades amb aquesta complicació en pacients en diàlisi. Per tant, és necessària la recerca de nous biomarcadors per avaluar l'eficàcia de noves teràpies d'intervenció per tractar la CCV en assaigs clínics. El SNF472 és una formulació intravenosa de myo-inositol hexafosfat, un inhibidor selectiu de la formació i el creixement de la hidroxiapatita, que s'està desenvolupant per tractar malalties relacionades amb la CCV en pacients dialitzats, com són la calcifilaxi i la malaltia arterial perifèrica. Així doncs, l'objectiu general d'aquesta tesi va ser desenvolupar i validar una tècnica espectrofotomètrica in vitro/ex vivo per avaluar el potencial de cristal·lització de fosfat de calci en plasma, i establir una relació entre la inhibició de la CCV in vivo i la inhibició de la cristal·lització ex vivo a nivell preclínic i clínic, amb el SNF472 com a inhibidor. Per tal d’assolir aquest objectiu, hem realitzat un conjunt d'assajos per desenvolupar i posar a punt un nou mètode de farmacodinàmia per determinar el potencial de cristal·lització de fosfat de calci en plasma humà, i hem avaluat la seva resposta en mostres de plasma amb diferents inhibidors/repressors de la cristal·lització. Posteriorment, s'ha validat aquesta tècnica in vitro en plasma de voluntaris sans usant el SNF472 com a inhibidor, i hem comprovat la seva aplicabilitat en plasma de rata. També hem comparat la resposta de l'assaig en mostres de plasma de voluntaris sans i pacients en tractament d'hemodiàlisi. Addicionalment, hem realitzat un conjunt d'experiments in vivo en rates: un estudi farmacocinètic per infusió intravenosa de SNF472; un estudi per optimitzar el model patològic en rata per induir la CCV amb vitamina D; dos estudis d'eficàcia per avaluar l'efecte del SNF472 en la prevenció de la CCV; i un últim estudi per avaluar l'efecte del SNF472 en la inhibició de la progressió de la CCV induïda per vitamina D. Finalment, hem realitzat l'anàlisi de farmacodinàmia i farmacocinètica en el marc de dos assajos clínics de fase 2 amb SNF472, i hem buscat correlacions entre els nivells circulants de SNF472, l'eficàcia clínica i la inhibició de la cristal·lització ex vivo amb el mètode validat. En conclusió, els resultats d'aquests estudis han permès obtenir un assaig de farmacodinàmia in vitro/ex vivo per determinar el potencial de cristal·lització de fosfat de calci en plasma humà i de rata. A més, hem demostrat la correlació dels resultats de l'assaig ex vivo tant amb la inhibició de la calcificació in vivo en rata com amb l'eficàcia clínica en pacients en tractament de diàlisi. Per tant, aquest mètode no invasiu es podria utilitza per avaluar des de fases preclíniques i clíniques molt primerenques els potencials efectes terapèutics d'inhibidors de la calcificació, com el SNF472, en malalties relacionades amb la CCV.

[eng] Cardiovascular calcification (CVC) is a complex and active pathological process that involves the formation of calcium phosphate mineral deposits in the form of hydroxyapatite and can cause thickening and stiffness of the arterial walls and heart valves. Under normal conditions, CVC does not significantly occur since there is a balance between promoters and repressors of calcification. On the other hand, in the presence of physiological disorders (because of specific pathologies or aging), there may be an imbalance between these factors that can cause the degeneration of the cardiovascular system. Accelerated CVC is a serious complication of chronic kidney disease that contributes to the high morbidity and mortality observed in dialysis patients. In fact, at least 80% of these patients suffer from some type of CVC. There are currently no approved therapies to prevent or treat the progression of CVC-related diseases in dialysis patients. Therefore, the search for novel biomarkers is necessary to assess the efficacy of new interventional therapies to treat CVC in clinical trials. SNF472 is an intravenous formulation of myo-inositol hexaphosphate, a selective inhibitor of hydroxyapatite formation and growth, that is being developed to treat CVC-related diseases in dialysis patients, such as calciphylaxis and peripheral arterial disease. Thus, this thesis aimed to develop and validate an in vitro/ex vivo spectrophotometric method to evaluate the calcium phosphate crystallization potential in plasma, and to look for relations between the inhibition of CVC in vivo and the ex vivo crystallization inhibition in preclinical and clinical studies using SNF472 as an inhibitor. To achieve this objective, we performed different studies to set up a new pharmacodynamic method to determine the calcium phosphate crystallization potential in human plasma, and we evaluated its response in plasma containing different inhibitors/repressors of crystallization. Subsequently, this method was validated in plasma from healthy volunteers adding SNF472 in vitro as an inhibitor, and we also verified its applicability in rat plasma. We compared the response of the method in plasma samples from healthy volunteers and haemodialysis patients. Then, we performed a set of in vivo experiments in rats: a pharmacokinetic study by intravenous infusion of SNF472; an optimization of the pathological model to induce CVC by vitamin D in rats; two efficacy studies to assess the effect of SNF472 in the prevention of CVC in the rat model; and a last study to evaluate the effect of SNF472 on the inhibition of CVC progression in a vitamin D-induced rat model. Finally, we analysed the pharmacodynamics and pharmacokinetics in two phase 2 clinical trials with SNF472, and we studied the correlations between SNF472 concentrations, clinical efficacy, and ex vivo plasma crystallization inhibition using the previously validated method. In conclusion, the results of these studies allowed us to obtain an in vitro/ex vivo pharmacodynamic assay to determine the calcium phosphate crystallization potential in human and rat plasma. Moreover, we demonstrated the direct correlation between ex vivo inhibition of crystallization with both in vivo calcification inhibition in rats and with clinical efficacy in dialysis patients. Therefore, this non-invasive pharmacodynamic method could be used to evaluate the potential therapeutic effects of calcification inhibitors, such as SNF472, in CVC-related diseases from early preclinical and clinical stages.