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Estado físico de la insulina
• Amorfo
• Cristalino
Estado físico de la insulina (II)
Amorfo Cristalino Observac.
Cristalina x
Semilenta x
NPH x
Lenta x x 30%A;70%C
Ultralenta x
PZI x
Brange, J
Estado fisicoquímico III
El caso de la insulina NPH
-Insulina cocristalizada con cierta cantidad de laproteína básica Protamina-Se trata de una suspensión microcristalina
Beavis et al., J.Pharm.Sci.,1999
Insulina: propiedades fisicoquímicas relevantes
0
-10
6
Z
pH12 6
Seis residuos capaces de adquirir carga +Diez residuos capaces de adquirir carga -
Punto isoeléctricoDe la insulina
Insulina: propiedades fisicoquímicas relevantes
• Solubilidad– Naturaleza del solvente– pH– Temperatura– Concentración de metales divalentes– Concentración de sales
Insulina: propiedades fisicoquímicas relevantes
MD
CO
H4 Zn R
2 Zn R
2 Zn H
MC
4 Zn H
CC
5.4 pH
(Zn)
(Ins)
Zinc Binding
Preparados insulínicos
InsulinaPrincipio “retardante”Preservativos
Fenolm-cresolmetilparabeno
Agentes isotónicosClNa(glicerol)
BuffersAcetatoFosfato
Estabilidad química de la insulina
Agentes BacteriostáticosEfecto estabilizante profundoFenol>m-cresol>metilparabenoEfecto preventivo de la deaminación y delas reacciones cross-linking intermolecular
Agentes isotónicosClNa: estabilizanteGlucosa, glicerol: incrementan el deterioro
químicoProtamina
Formación de productos covalentes insulina-protamina
Brange & Langkjaer, 1992
Estabilidad química de la insulina
Efectos del pHA pH por debajo de 5 y por encima de 8degradación rápida
A pH ácido, deaminación en posición A21y dimerización covalente
Medio Alcalino: polimerización covalentespor reacciones disulfuro
Brange & Langkjaer, 1992
Conservación de las insulinas
1 2 años
20%
10%
Contenido de desamidoinsulina.Insulina corriente porcina
4°C
15°C
25°C 20%
1 año
Corriente
Lenta
Desamidación según preparado
Brange et al, 1985
Preparados insulínicos: Criterios de Clasificación
• Por su origen:– Animales
• Bovinas
• Porcinas
– Humanas• Semisintéticas, transpeptidadas o “humanizadas”
• Por bioingeniería– E. coli
– S. cerevisciae
Insulinas: clasificación según la duración de acción
Comienzo Pico Duración
Insulinas ultrarrápidasLispro <0.5 h 0.5-2.5 h 3.0-4.5 hB28Asp <0.5 h 0.5-2.5 h 3.0-4.5 h
Insulinas rápidasRegular 0.2-0.5h 1.0-3.0 h 4.0-8.0 h
Insulinas intermediasNPH 1.0-2.0 h 4.0-6.0 h 8.0-12.0 hLenta (h) 1.0-2.0 h 4.0-8.0 h 8.0-14.0 hLenta (Bv) 1.0-3.0 h 5.0-10.0 h 10.0-24.0 h
Insulinas ProlongadasUltralenta (h) 2.5 h 4.0-8.0 h 8.0-14.0 hUltralente (Bv) 3 h 6.0-12.0 h 12.0-28.0
h
Pureza
-Cristalización facilitada por Zn+2-Recristalización-Cromatografía
-Intercambio iónico-En Gel
-Doble cromatografía (MC)-Otros
Agonistas insulínicos• Drogas que presentan:
– Afinidad por el receptor insulínico (1/KD)– Actividad intrínseca
• Aspectos importantes:– Farmacodinámicos
• Afinidad
• Potencia
• Eficacia
• Interacción con otros receptores
– Farmacocinéticos
Agonistas insulínicos
1. Insulina Galénica convencional
Innovaciones farmacéuticasInsulina inhalatoriaHDV-IInsulinas orales
2. Análogos de la insulina De acción ultrarrápida De acción prolongada Selectivos
3. Modificadores de la actividad del receptor
Disociación de la Insulina tras la inyección subcutánea
Tejido s.c.
Mol/l
Difusión
Membrana
Capilar
10-3 10-4 10-5 10-8
Adapted from Brange et al. 1990
Acción de la InsulinaReceptor de Insulina
Actividad de Insulina Tirosina Kinasa
Proteínas transductoras de la señal Insulínica
Efectos MitogénicosEfectos Metabólicos
Insulinas orales
Hexil-Insulina Monoconjugado 2 (HIM2)
Insulina modificada por el agregado deoligómeros poliméricos que resisten ladegradación gastrointestinal
Dadona et al (2001): 15 pacientes tipo 1Clement et al (2001): 18 pacientes tipo 1
Insulinas
La insulina puede formarfiguras poliméricas complejas
Sin embargo, circula comomonómero
Ka es función del tiempo de“despolimerización”
Análogos de insulina
• Los efectos mitogénicos correlacionan mejor con la afinidad por el receptor a IGF-1
• Lys-Pro y B28 Asp tienen similar afinidad por receptores a IGF-1 que Insulina
• Glargina: el caso de su afinidad por IGF-1 r Kurtzhals et al, Diabetes 49, 6, 2000
Análogos: requisitos
• Control Metabólico– Perfil
– Variabilidad
• Hipoglucemia• Calidad de Vida• Seguridad
• EFECTOS MITOGENICOS
• INMUNOGENICIDAD
• ESTABILIDAD
Análogos de acción rápida
• Repulsión de cargas– AspB28– AspB9,GluB27– GluB28,AspA21
• Disminución de la hidrofobicidad interface– GluB16,GluB27
• Interferencia con los contactos hidrofóbicos– LysB28,ProB29
Lys-Pro Análogo
• En preparados, se halla formando hexámeros (estabilizados por zinc y derivados fenólicos a 4°C)
• Los hexámeros se disocian en monómeros casi instantáneamente tras la inyeción subcutánea
Bolli et al, Diabetologia, 1999, 42: 1151-1167
Radziuk et al, Diabetes, 1997, 46: 548-556
Thr
Lys
AspThr
Tyr Phe Phe Gly ArgGlu
Gly
Glu
Cys
Val
Leu
Tyr
Leu
Ala
Val
Leu
His
Ser
GlyCysLeuHisGlnAsnValPheB1
Asn CysTyr
Asn
Glu
Leu
Gln
Tyr
LeuSerCysIleSerThrCys
Cys
Gln
Glu
Val
Ile
Gly
A21
A1
B28B30
AspPro
Insulin aspartica
Estructuras Cristalinas
B30 Thr
B29 Lys
B21’ Glu
B22’ Arg
B23’ Gly
B27 Thr
3.7Å
B28 Pro/Asp
Insulina asparticaInsulina humana nativa
Adapted from Brange, Vølund. 1999
Análogos de acción rápida
• Metaanálisis de Brunelle– Datos de 8 estudios– 2327 pacientes con Análogo Ultrarrápido– 2339 pacientes con insulina regular– Técnica: Cochran-Mantel-Haenszel– Resultados: al menos 1 episodio en 3.1% de los
pacientes con análogo rápido y en 4.4% de los tratados con insulina regular (p=0.024)
Anderson et al. Arch.Intern.Med.1997,157: 1249-55
NovoRapid en Niños tipo 1 Insulina aspartica
Soluble humana
(0.15 U/kg)
0
2
4
6
8
10
-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Tiempo (minutos)
Cam
bios
en
la g
luco
sa s
éric
a (m
mol
/l)
Desayuno
Perfil Glucémico con insulina corriente en Tipo 1
Hora del Día
0
10
20
30
40
50
60
70
0600 0900 1200 1500 1800 2100 2400 0300 0600
Insu
lina
(mU
/l)
Niveles normales de insulin libre(Mean) s.c. soluble humana + NPH
Comidas
Adapted from Polonsky et al. 1988
Cena NPHDesayuno Almuerzo
Análogos de acción rápida
Hipoglucemias leves 5 / 22
Hipoglucemias severas 2 / 12
Hipoglucemia nocturna
6 / 24
Heinemann, L. Journal of Diabetes and Its Complications, 1999,13:105
Variabilidad
Análogos de acción prolongada
• Análogos con punto isoeléctrico neutral
• Análogos “acilados”
• Otros análogos
Análogos de acción prolongada por cambios en el punto isoeléctrico
• El caso de la A21 Gly, B27 Arg, B30 Thr-NH2• Baja variación intraindividual
• Alta variación interindividual
• Baja biodisponibilidad
• La diarginil insulina (B31, B32 Arg insulina)• La insulina glargina (21A-Gly-30Ba-L-Arg-30Bb-L-Arg)
• Otras aproximaciones:– B13 Gln, B27 Arg, B30 Thr-NH2
Glargina
Punto isoeléctrico
pH 5.4 6.7 + 0.2
La molécula es soluble en medio ligeramente ácidoMenor solubilidad al pH fisiológicodel tejido s.c.
Análogos “acilados”
• Lys-B29 tetradecanoyl, des B30 (NN 304)
• N()-Palmitoyl Lys B 29 (WW29-S32)
Thr
Glu
Lys
ValPhe
Asn
Glu
Leu
Gln
TyrLeu
SerCysIleSerCysCys
Gln
Glu
Val
Ile
GlyTyr
CysAsnLys
ProThr
Tyr Phe Phe ArgGlyGlu
GlyCys
Val
Leu
Tyr
Leu
Ala
Val
Leu
HisSer
GlyCys
Asn Gln LeuHisB1
A21
A1
B29
C14 Cadena de ácido graso(Acido Mirístico)
Thr
Insulin Detemir (NN304)
Mecanismo de enlentecimiento en la insulina detemir
ASH: albúmina sérica humana
Distribución
Absorción Interacción
con el receptor
ASHASH
ASH
ASH
ASH
ASH
ASHCapilar
ASHASH
ASH
ASH
IR
Unión al receptor de Insulina
-12 -11 -10 -9 -8 -7
0
200
400
600
800
1000Insulina Humana
Insulina detemir
Log de la Concentración de Insulina (M)
Kurtzhals et al. Diabetes 2000,49:999-1005
-6
Rad
iact
ivid
ad u
nid
a (
cpm
)
NN304: Potencia metabólica
Potencia Metabólica (%)
Lipogénesis, adipocitos de ratón
Con respecto a la insulina humana
Insulina Humana 100
Insulina detemir ~ 27
pmol/ml
0
400
800
1200
1600
2000
.01 0.1 1 10 100
Kurtzhals et al. Diabetes 2000,49:999-1005
rHI
Detemir
CPM
La Potencia metabólica se correlaciona con la afinidad Insulina - Receptor
Kurtzhals P et al. Diabetes 2000;49:999
Insulina Humana
B10Asp
Insulina aspártica
Insulina lispro
Insulina glargina
Insulina detemir
Afinidad Insulina-Receptor
Potencia metabólica
= 100= 100
207 ± 14205 ± 20
101 ± 2
82 ± 3
60 ± 3
ca 27ca 18–46
86 ± 3
84 ± 6
92 ± 6
Unión con el Receptor de IGF-1
-14 -12 -10 -8 -6 -4 -20
2000
6000
10000
14000
18000
IGF-1 Insulina Humana 100% X10 975% NN304 ca. 11%
Ligando (M)
Kurtzhals et al. Diabetes 2000;49:999-1005
Saos / B10 Células
Rad
iact
ivid
ad (
cpm
)
Afinidad Receptor - IGF-I y Potencia Mitogénica
Kurtzhals P et al. Diabetes 2000;49:999
Insulina Humana
B10Asp
Insulina aspártica
Insulina lispro
Insulina glargine
Insulina detemir
AfinidadIGF-1 - Receptor
Potencia Mitogénica (Saos/B10 células)
= 100= 100
587 ± 50
81 ± 9
156 ± 16
641 ± 51
16 ± 1
975 ± 173
58 ± 22
66 ± 10
783 ± 13
~ 11
Selectividad
• Análogos “hepatoselectivos”– El caso de la proinsulina– Análogos diméricos
• N()B1,N()B´1-suberoyl- dímero• N()B29, N()B´29-suberoyl- dímero
– Tiroxil análogos• N1-tiroxil-insulina• N1-tiroxil-aminohexanoil-insulina
Vajo & Duckworth, Pharmacological Reviews, 52,1,2000
Análogos: puntos a destacar desde la óptica del ensayo clínico
• Menor frecuencia de hipoglucemias nocturnas y severas
• Menor incremento de peso corporal• Distinta potencia• Similar eficacia• Rediseño del esquema de tratamiento
Insulina inhalatoria
AERxAerosol particulado fino
“Mass Median Aerodynamic Diameter”: 2-3 micrones
Perfil de duración del efecto similar al de los análogosUltrarrápidos
Inhaladores: liberación de la insulina cuando la velocidadInspiratoria y el volumen inhalado son apropiados
Insulina inhalatoria
AERx s.c.
Tmáx 7-20 min 50-60 minTGmin 60-70 min 100-120 min
Covariados que modifican respuesta: Profundidad dela inspiración (40% vs 80% de capacidad vital).
Insulina inhalatoria
Technosphere/InsulinBiodisponibilidad a 3 horas: 15-25%Tiempo al efecto máximo: 39 + 36 min (vs 163 + 25 min)
Exubera (polvo seco)Tos: 21% vs 3% - No discontinuaciónTests de función pulmonar: sin modificaciones
Insulina inhalatoria
Biodisponibilidad
Bioseguridad
Estudios en asmáticos
Estudios en fumadores
Insulina subcutánea
Revierte el gradiente usual porto / periférico dela insulina Davis et al., 2001
Ello determina una cierta hipoinsulinemia hepáticarelativa
Sólo un 1% de la insulina inyectada en forma s.c.alcanza a los hepatocitos Canfield et al, 1972
Insulinas hepatoselectivas
Control hepático de la producción de glucosa por insulina
Mecanismos periféricos- reducción del flujo de ácidos grasos y de sustratos gluconeogenéticos Lewis et al, 1996
Mecanismos hepáticos directos- Incremento de la captación hepática de glucosa- Inhibición directa de la gluconeogénesis
Davis et al, 2001
Captación de glucosa por el hígado en función de la insulinemia portal
9.4
19.8
0
5
10
15
20
Hipoinsulinemia[Fisiológicas]
Grupo
Capt Glucosa (umol/Kg/min)
Myers et al, 1991
Insulinas hepatoselectivas
Análogas
Liposomales + “specific hepatobiliary target molecule” (SHTM)
insulina soluble liposomal + ácido 2,6 diisopropil-fenil-carbamoil metil iminodiacético = insulina HDV (“Hepatic Directed Vesicle Insulin”)
HDV-I Captación Hepática
Beta-hidroxibutirato y HDV-I
0
50
100
150
200
Min 0 Min 150
Ins. Regular
HDV - Ins*
*p<0.05
Con
cent
raci
ón d
e b-
hidr
oxib
utir
ato
(um
ol/l
)
Davis et al, 2001
Selectividad
• Análogos “hepatoselectivos”– El caso de la proinsulina– Análogos diméricos
• N()B1,N()B´1-suberoyl- dímero• N()B29, N()B´29-suberoyl- dímero
– Tiroxil análogos• N1-tiroxil-insulina• N1-tiroxil-aminohexanoil-insulina
Vajo & Duckworth, Pharmacological Reviews, 52,1,2000