GUIDA alla conversione della dose tra animali e umani utilizzata negli studi clinici

Il dosaggio di un farmaco deve essere sicuro ed efficace nel tempo, indipendentemente dallo scopo della somministrazione (che siano trattamenti occasionali o terapie durature) o dal numero delle somministrazioni. Esistono diversi casi in cui la dose iniziale di uno specifico farmaco non è disponibile per una determinata specie. Pertanto, la scelta della dose iniziale di determinati farmaci ai fini di ricerca, per degli esperimenti o per delle sperimentazioni cliniche su animali ed esseri umani diventa particolarmente preoccupante. Per farvi capire, la dose mortale media, più esattamente la LD50, della stricnina è stimata tra 1,5 e 2 mg/kg, ciò significa che per una coorte di uomini del peso medio di 70 kg bastano dai 105 ai 140 mg a testa per farne secchi come minimo la metà, e non credo che i restanti se la passino tanto bene. Quindi capirete bene che prima di somministrare un farmaco ad un individuo un ricercatore ci pensi bene due volte.

Va sottolineato che la percezione comune del ridimensionamento della dose in base al solo peso corporeo (mg/kg) non è l'approccio corretto. Ciò è principalmente dovuto al fatto che i sistemi biochimici e funzionali nelle specie variano, il che a sua volta altera la farmacocinetica dei prodotti somministrati. Pertanto, l'estrapolazione della dose dagli animali all'uomo richiede la presa in considerazione della superficie corporea, della farmacocinetica e del tempo fisiologico per aumentare la sicurezza della sperimentazione clinica.

Alcuni di Voi ricorderanno forse il paragrafo, tanto dibattuto, dedicato alla Cardarine sul mio libro, che potete trovare QUI. Durante le sperimentazioni precliniche sulla sicurezza a lungo termine di Cardarine negli animali, quest’ultima ha causato il cancro a tutte le dosi testate. Neoplasie sono comparse in fegato, vescica, tiroide, lingua, stomaco, pelle, testicoli, occhi ed utero. Questi risultati sono bastati a bloccare la sperimentazione del farmaco. Questi studi sono stati ampiamente criticati dalla Fit Community, ma che piacciano o meno questi sono i test standard utilizzati in tutte le valutazioni di sicurezza precliniche. Il rapporto dose somministrata ai ratti / dose per l'umano non può essere oggetto di valutazioni aventi un metro di misura pari a 1:1 perché non ha nessuna logica, perché non ha logica proprio il rapporto diretto mg/kg tra specie diverse.

Esistono diversi metodi: dose per fattore, farmaco simile, guida farmacocinetica (Reigner, Blesch - 2002). Il metodo dose per fattore è un approccio empirico e utilizza il livello senza effetti avversi osservati (No Adverse Effect Level, NOAEL) del farmaco, proveniente da studi tossicologici preclinici. In questo primo metodo il NOAEL è il punto di partenza per il calcolo della dose da impiegare inizialmente negli studi clinici sull'uomo. Sostanzialmente si tratta del primo passaggio per arrivare alla cosiddetta dose equivalente umana HED (human equivalent dose, espressa in mg/kg), ovvero la dose equivalente per l’uomo rispetto alla NOAEL, misurata nell'animale (Contrera, Matthews - 2004). In questo caso, la selezione della dose si basa sul rischio minimo di tossicità, invece di sceglierne uno con attività farmacologica minima nell'uomo. In un approccio farmacocinetico simile, possono essere utilizzati i dati di farmacocinetica esistenti per un altro farmaco della stessa categoria farmacologica. D'altra parte, l'approccio guidato dalla farmacocinetica utilizza l'attività del farmaco invece di scalare la dose tra le specie. In caso di approccio comparativo, vengono utilizzati diversi metodi per determinare la dose iniziale e i dati vengono confrontati e ottimizzati per ottenere una dose iniziale (Lavé - 2004, Sharma - 2009).

Il ridimensionamento allometrico è un approccio empirico in cui lo conversione della dose del farmaco si basa sulla normalizzazione della stessa rispetto alla superficie corporea. Questo approccio presuppone che ci siano alcune caratteristiche uniche sul processo anatomico, fisiologico e biochimico tra le specie e la possibile differenza nel tempo farmacocinetico/fisiologico sia spiegata dal ridimensionamento allometrico (Chaturvedi et al. - 2001; Rhomberg et al. - 2006). Questo metodo è spesso utilizzato nella ricerca a scopo sperimentale per prevedere una dose approssimativa sulla base di dati esistenti in altre specie. I farmaci con metabolismo epatico ridotto, basso volume di distribuzione ed escreti per via renale sono candidati ideali per il ridimensionamento della dose con questo approccio. Le attuali linee guida della Food and Drug Administration statunitense si basano sull'approccio dose per fattore in cui il NOAEL, di cui si parlava prima, del farmaco viene scalato utilizzando l'areometria per ricavare la dose iniziale massima raccomandata (Maximum Recommended Starting Dose - MRSD) per gli studi clinici (Rockville - 2005). Questo approccio empirico considera le dimensioni delle singole specie in base alla superficie corporea che è correlata a sua volta al tasso metabolico di un animale, che si stabilisce attraverso l'adattamento evolutivo degli animali alle loro dimensioni (Banavar - 2010; White - 2014). Inoltre, l'MRSD è tendenzialmente ben ridimensionato tra le specie animali quando viene normalizzato all'area della superficie corporea (mg/mq). La figura che ho messo come copertina e che riporto qui sotto nuovamente descrive i cinque passaggi per calcolare l'MRSD di partenza negli studi farmacologici svolti sull'uomo. In breve, determinare il NOAEL (livello senza effetti avversi osservati) nelle specie animali usate come cavie, quindi convertire il NOAEL in HED (dose equivalente umana), selezionare le specie animali appropriate, applicare il fattore di sicurezza ed, infine, convertire in dose farmacologicamente attiva per l'uomo.

Ah, per chi non lo sapesse la MRSD (Maximum Recommended Starting Dose) è la massima dose iniziale raccomandata per evitare la tossicità con la dose clinica iniziale.

Rappresentazione schematica dei 5 passaggi utilizzati per stimare la dose iniziale di farmaco utilizzata negli studi sull'uomo

Il metodo dose per fattore applica un esponente della superficie corporea di 0,67 , che tiene conto della differenza nel tasso metabolico, non del semplice peso, per convertire le dosi tra animali ed esseri umani. Pertanto, HED è determinato dall'equazione 1 che vedete di seguito:

HED = dose animale NOAEL (mg/kg) x [Peso animale (kg)/Peso umano (kg)]^(1-BSA esponente 0,67) 

Ad esempio, per una molecola di farmaco di nuova concezione, il valore NOAEL nel ratto che pesa circa 150 g (0,15 kg) è 18 mg/kg. Per calcolare la dose iniziale per gli studi sull'uomo, utilizzando l'equazione 1 avremo:

HED mg/kg = 18 × (0,15/60) elevato alla (0,33) = 2,5 mg/kg (2,4922 per essere precisi)

dove:

NOAEL = 18 mg/kg

Peso animale = 0,15 kg

Peso umano stimato = 60 kg

Pertanto, per un essere umano di 60 kg, la dose è di 150 mg. Questo valore HED viene ulteriormente diviso per un valore fattore di sicurezza di 10 (ad esempio); quindi, la dose iniziale per gli studi sull'uomo è di 15 mg.

Tabella 1. Calcolo della dose equivalente umana in base alla superficie corporea.

In questo caso, la dose è correlata al peso corporeo sebbene non sia l'unico fattore che influenza il calcolo del ridimensionamento. Il fattore di correzione (Km) è stimato dividendo il peso corporeo medio (kg) della specie per la sua superficie corporea (mq). Ad esempio, il peso medio del corpo umano è di 60 kg e la superficie corporea è di 1,62 mq. Pertanto, il fattore Km per l'uomo è calcolato dividendo 60 per 1,62, che è 37 (Tabella 1). I valori del fattore Km di varie specie animali che vedete in tabella 1 viene anch'esso utilizzato (più comodamente) per stimare l'HED come:

HED (mg / kg) = Dose animale (mg / kg) × (Animale Km / Umano Km) [Equazione 2]

Poiché il fattore Km per ciascuna specie è costante, viene utilizzato il rapporto Km per semplificare i calcoli. Quindi, l'equazione 2 viene modificata come:

HED (mg / kg) = Dose animale (mg / kg) × Rapporto Km [Equazione 3]

Ad esempio, per un determinato farmaco, il NOAEL nei ratti è di 50 mg/kg. Utilizzando l'equazione 3, l'HED viene calcolato moltiplicando o dividendo la dose animale per i valori del rapporto Km forniti in Tabella 1. Di conseguenza, dividendo la dose da ratto (50 mg/kg) per 6,2 o moltiplicando per 0,162, che è la stessa cosa, l'HED è 8,1 mg/kg. Dopodiché, come prima, si calcola la starting dose, ovvero la prima dose per gli studi clinici sull'uomo. Si divide la HED per un fattore di sicurezza (solitamente 10, 100, 1000), stabilito dall'operatore a seconda del margine di sicurezza desiderato. Più è elevato questo fattore di sicurezza, minore sarà la dose iniziale (serve per iniziare con un margine di sicurezza migliore).

HED/fattore di sicurezza = starting dose.

Questo calcolo serve per comprendere anche la relazione a pag. 324 del mio libro che trovate QUI.

C'è da considerare inoltre che tale valore andrebbe corretto dal momento che la dose varia anche in base al peso della specie, ma ad ogni modo sono calcoli che di certo non servono per farvi laureare in farmacologia, ma per farvi capire che in chimica non sempre 1 + 1 è uguale a due. Stampatevi in testa i seguenti punti chiave.

Punti chiave nel ridimensionamento della dose (Anroop B. Nair e Shery Jacob - 2016).

• Gli animali più grandi hanno tassi metabolici più bassi.

• Il processo fisiologico degli animali più grandi è più lento.

• Gli animali più grandi richiedono una dose di farmaco più piccola in base al peso.

• L'allometria è lo studio del rapporto tra le dimensioni del corpo con la forma, anatomia, fisiologia e comportamento dello stesso. Essa tiene conto della differenza fisiologica tra le specie.

• Non applicare il ridimensionamento allometrico per convertire le dosi per adulti in bambini.

Attenzione! Le informazioni contenute in questo articolo e nel Sito più in generale non intendono e non devono in alcun modo sostituire il rapporto diretto medico-paziente o la visita specialistica.