Polisorbatos, bioterapéuticos y anafilaxia: Una revisión

El rápido aumento del uso de anticuerpos monoclonales (MAbs) en el tratamiento de enfermedades neoplásicas, autoinmunes e inflamatorias ha conducido a un dramático incremento de las reacciones de hipersensibilidad en todo el mundo, complicando el uso de MAbs como terapias de primera línea y limitando la supervivencia y calidad de vida de los pacientes (1). Los orígenes de la anafilaxia no se conocen bien, aunque su mecanismo es bastante sencillo (Figura 1). Suele atribuirse a alguna propiedad intrínseca indefinida o a las propiedades de un bioterapéutico, a pesar de que las formulaciones bioterapéuticas son necesariamente complejas e incluyen una serie de excipientes funcionales. Éstos ayudan a los productos farmacéuticos a superar los estrictos retos de la vida útil, la estabilización, la solubilidad, la reconstitución tras la liofilización y la propensión de las proteínas a agregarse, especialmente en las altas concentraciones que suelen utilizarse para reducir el volumen y el tiempo de administración de los MAb.

Aproximadamente el 70% de todas las formulaciones de MAb contienen PS-20 o PS-80 (2). Los tensioactivos de polisorbato (PS) son una de estas familias de excipientes que se incorporan a muchos bioterapéuticos para evitar la agregación de proteínas y la pérdida de eficacia asociada. Aunque los polisorbatos son eficaces en esa función, contienen enlaces de éter (dentro de las moléculas de polioxietileno) y cadenas de alquilos insaturados que se autooxidan espontáneamente en soluciones acuosas para formar especies químicas inmunogénicas y anafilactógenas, incluyendo hidro y alquilperóxidos, ácidos epóxicos y aldehídos reactivos como el formaldehído y el acetaldehído. Los polisorbatos también se hidrolizan en soluciones acuosas para liberar ácidos grasos libres que pueden aumentar la turbidez de la solución. La variabilidad entre lotes supera un orden de magnitud en la concentración de especies químicamente reactivas como los peróxidos (3).

La inmunogenicidad de los productos bioterapéuticos es una preocupación seria y creciente para la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) y la Agencia Europea de Medicamentos (EMA). Seguirá teniendo una influencia significativa y creciente en el desarrollo y la aprobación reglamentaria tanto de los bioterapéuticos biosimilares como de los nuevos innovadores (4).

La anafilaxia, por otra parte, es una reacción alérgica que, aunque grave, generalmente se pasa por alto y se acepta como una propiedad inevitable de las propias proteínas bioterapéuticas. Se han hecho pocos o ningún intento de diferenciar y separar su origen real en los productos biológicos. Aunque la inmunogenicidad inducida por polisorbatos está bien documentada, se ha prestado poca atención a la anafilaxia inducida por polisorbatos (5-14). Es comprensible que las autoridades reguladoras se centren en gran medida en una eficacia comparable a la hora de evaluar los biosimilares. Pero una eficacia similar no implica necesariamente un perfil de seguridad similar entre los productos innovadores y los biosimilares. Tanto la inmunogenicidad no deseada como la anafilaxia deben ser componentes importantes de la evaluación de la seguridad de los bioterapéuticos.

La anafilaxia suele ser de aparición rápida y se manifiesta en minutos u horas. En algunos casos, puede causar la muerte (15, 16). El mecanismo subyacente es una liberación de mediadores de ciertos tipos de glóbulos blancos que pueden ser desencadenados por mecanismos inmunológicos o no inmunológicos (16). Las causas más comunes son las picaduras de insectos, las alergias alimentarias y los medicamentos.

En esta última categoría, los excipientes de polisorbato PS-80 y PS-20, comúnmente utilizados, se encuentran en más del 70% de los MAb y otros bioterapéuticos proteicos, y ahora se ha demostrado que causan anafilaxia en los pacientes que reciben esos medicamentos. Los síntomas de la anafilaxia se producen en el transcurso de minutos a horas, con un inicio medio de 5 a 30 minutos si la exposición es intravenosa, y afectan a la piel, el sistema respiratorio, el tracto gastrointestinal, el corazón y la vasculatura, y el sistema nervioso central (15). Los síntomas incluyen urticaria, picor, enrojecimiento o hinchazón (angioedema); edema lingual, laríngeo y faríngeo; secreción nasal y edema conjuntival. Los posibles síntomas respiratorios incluyen dificultad para respirar, espasmo bronquial y obstrucción de las vías respiratorias superiores secundaria a la hinchazón (17-19). El espasmo de la arteria coronaria puede asociarse a una caída de la presión arterial o a un shock, lo que a veces conduce a un infarto de miocardio posterior, a una disritmia o a una parada cardíaca. Los tratamientos para la anafilaxia incluyen colocar al paciente en posición horizontal y administrarle antihistamínicos, esteroides, líquidos intravenosos y epinefrina intramuscular (17, 20).

Entre los bioterapéuticos, se han notificado casos de hipersensibilidad al fármaco y anafilaxia para varios MAbs – rituximab, ofatumumab, obinutuzumab, trastuzumab, cetuximab, tocilizumab infliximab, etanercept, adalimumab, abciximab, golimumab, certolizumab, brentuximab, bevacizumab y omalizumab – todos ellos formulados con surfactantes de polisorbato (1, 5, 21).

Naturaleza química de los polisorbatos: Los polisorbatos desempeñan un papel positivo en las formulaciones bioterapéuticas. Evitan la agregación, lo cual es importante porque las proteínas agregadas son inmunógenas y pueden inducir al sistema inmunitario del paciente a generar anticuerpos neutralizantes, reduciendo o eliminando así la eficacia de un medicamento administrado. Sin embargo, es necesario abordar urgentemente una serie de deficiencias asociadas a los polisorbatos, especialmente ahora que los bioterapéuticos están aumentando su papel en el tratamiento de un número creciente de cánceres y otras enfermedades importantes que amenazan la vida.

Los polisorbatos son ésteres complejos de especies estructuralmente diversas y (en algunos casos) químicamente reactivas. El PS-20 y el PS-80 (Tween 20 y Tween 80) son mezclas de ésteres de ácidos grasos estructuralmente relacionados de sorbitán polioxietileno y ácido láurico o ácido oleico, respectivamente. En el PS-20, la fracción de monolaurato comprende el 40-60% de las cadenas alquílicas, y los grupos alquílicos de diferentes longitudes de cadena constituyen el resto de las moléculas. En el PS-80, alrededor del 60% de las cadenas alquílicas proceden del ácido oleico, y el resto de los ésteres proceden de otros ácidos grasos (22). Todos los polisorbatos disponibles en el mercado contienen también cantidades medibles de polioxietileno, polioxietileno de sorbitán y ésteres de ácidos grasos de polioxietileno de isosorbida (22-24).

Los polisorbatos sufren una autooxidación intrínseca que produce hidro y alquilperóxidos reactivos (25-30), así como aldehídos reactivos como el formaldehído y el acetaldehído (31), que inducen la inmunogenicidad de las proteínas solubles.

Anafilaxia inducida por polisorbatos
Las propiedades anafilactógenas del PS-80 están cada vez más documentadas en la literatura clínica. La identificación de la causa mecánica precisa de la anafilaxia inducida por polisorbatos es complicada debido a la compleja naturaleza química de los tensioactivos polisorbatos. Los estudios preclínicos en animales han identificado una serie de especies moleculares específicas que inducen la anafilaxia.

Ya en 1985, Masini et al. demostraron la liberación de histamina inducida por el polisorbato en tejidos periféricos y mastocitos aislados, así como respuestas hemodinámicas (32). En 1997, Bergh et al. informaron de que la exposición al aire de soluciones acuosas de PS-80 producía formaldehído y acetaldehído en cantidades que podían provocar reacciones alérgicas en algunos individuos (33). Estos últimos autores advirtieron proféticamente a los desarrolladores de fármacos que tuvieran en cuenta la posibilidad de que se formaran compuestos alergénicos durante la fabricación, el almacenamiento y la manipulación de productos que contienen polisorbato y tensioactivos químicamente similares.

Coors et al. realizaron un examen exhaustivo del PS-80 como inductor de reacciones anafilactoides graves (34). Su extenso complemento de metodologías de detección bien aceptadas y sensibles incluía pruebas de punción cutánea, ensayos inmunoabsorbentes ligados a enzimas (ELISA), inmunotransferencia de inmunoglobulina E (IgE) y detección por citometría de flujo de la activación de los basófilos en pacientes de control y otros con antecedentes médicos de choque anafiláctico debido a la administración intravenosa de un producto multivitamínico durante el embarazo (un sustituto de los fármacos administrados por vía intravenosa). Ni los ELISA ni los immunoblots identificaron ningún anticuerpo IgE específico del polisorbato, confirmando la naturaleza no inmunológica de la reacción anafilactoide. Este estudio demostró que el PS-80 puede causar reacciones anafilactoides no inmunológicas graves.

Sun et al. evaluaron el efecto de sensibilización del PS-80 de diferentes lotes de fabricación en perros, observando diferentes grados de reacción anafilactoide (35). Del mismo modo, al evaluar 10 lotes de soluciones de PS-80 de diferentes proveedores, Yang et al. descubrieron que las impurezas de PS-80 formadas espontáneamente, como los peróxidos y los residuos de ácidos grasos oxidados (presentes en niveles variables en cada lote probado), indujeron reacciones anafilactoides en un modelo in vivo de pez cebra (36).

Qiu et al. demostraron que el polisorbato 80 induce reacciones anafilácticas no inmunes típicas (pseudoalergia) en perros, caracterizadas por la liberación de histamina y anticuerpos IgE no variados (37). El PS-80 indujo la liberación de histamina con un aumento del doble de SC5b-9, un aumento de 2,5 veces de C4d y un aumento de 1,3 veces de Bb, mientras que la IgE permaneció inalterada. El PS-80 causó malestar cardiopulmonar en perros y activó sus sistemas de complemento a través de vías clásicas y alternativas, como se indica en las preparaciones in vivo e in vitro.

Con la creciente importancia y el uso rutinario de un número cada vez mayor de bioterapéuticos, los informes clínicos de anafilaxia inducida por polisorbato también están aumentando. Por ejemplo, se produjeron reacciones tras la administración en dos pacientes que recibieron omalizumab (38). Las pruebas intradérmicas produjeron reacciones significativas de habones y brotes (urticaria y angioedema) al PS-20 que no aparecieron en los sujetos de control negativo. Los datos inmunológicos in vitro e in vivo apoyan la conclusión de que las reacciones adversas experimentadas por los dos pacientes después de más de un año de tratamiento exitoso con omalizumab fueron probablemente de naturaleza anafilactoide. Los autores de un informe anterior de anafilaxia inexplicada por omalizumab no habían considerado la posible asociación con PS-20 (39).

Los pacientes que reciben las hormonas de crecimiento de los glóbulos rojos darbepoietina y eritropoyetina también han desarrollado reacciones de hipersensibilidad (40). Basándose en las pruebas cutáneas posteriores y en los síntomas clínicos observados, los investigadores concluyeron que la causa de esas reacciones era el excipiente PS-80. Los autores también creen que podría haber contribuido a una incidencia relacionada de aplasia pura de células rojas.

En un estudio en el que se compararon formulaciones de etopósido con y sin PS-80 utilizando el mismo protocolo de premedicación, un paciente mostró una reacción de hipersensibilidad a la formulación que contenía PS-80, pero ninguna con la formulación de etopósido que no lo contenía (41). Los autores concluyeron que la reacción de hipersensibilidad probablemente se debió al PS-80 y no al propio etopósido.

Badiu y cols. informaron de múltiples casos de anafilaxia inducida por el PS-80 derivados de la administración de varias vacunas (42). Una chica de 17 años experimentó urticaria generalizada, angioedema en los párpados, rinoconjuntivitis, disnea y sibilancias una hora después de su tercera administración intramuscular de la vacuna cuadrivalente contra el virus del papiloma humano Gardasil (Merck), que contiene PS-80. Las pruebas intradérmicas fueron positivas con ese producto, mientras que las pruebas cutáneas con la vacuna bivalente (que no contiene PS-80) fueron negativas. Las pruebas de punción del PS-80 fueron positivas en el paciente y negativas en 10 controles sanos. El resultado de la prueba de activación de basófilos CD203 fue negativo para PS-80 en todas las diluciones probadas, y no se encontró IgE específica. Los autores también realizaron pruebas cutáneas con dos vacunas antigripales: una que contenía PS-80 (Fluarix de GlaxoSmithKline), que dio una reacción positiva, y otra vacuna antigripal sin adyuvante ni conservante (Vaxigrip de Sanofi Pasteur MSD), que dio resultados negativos.

Limaye et al. comunicaron un caso de reacción alérgica a la eritropoyetina en el que un paciente desarrolló prurito generalizado, eritema y angioedema orofacial (43). La formulación de eritropoyetina Eprex (Johnson & Johnson) contenía eritropoyetina humana recombinante y PS-80 como excipiente (0,15 mg/mL). Las pruebas cutáneas e intradérmicas secuenciales con concentraciones crecientes de ese producto y de Neupogen filgrastim de Amgen (que contiene polisorbato a 0,04 mg/mL) dieron reacciones positivas, mientras que un preparado de eritropoyetina sin polisorbato dio resultados negativos. La prueba intradérmica con polisorbato de grado farmacéutico dio lugar a una reacción local positiva seguida de un angioedema orofacial leve una hora después. No se observó ninguna reacción en un sujeto de control (43). Purcell et al. también identificaron el polisorbato 80 como la causa probable de una respuesta inmunitaria a la eritropoyetina cuando se sustituyó la albúmina humana por el polisorbato 80 y la glicina (44).

Se ha notificado hipersensibilidad al fármaco y anafilaxia para el Factor VIII, la darbopoyetina, la eritropoyetina y una serie de MAbs, todos los cuales contienen un polisorbato surfactante (1, 5, 21, 43). Se han descrito lesiones urticariformes en pacientes sometidos a tratamiento con infliximab, adalimumab, etanercept y ustekinumab, cuatro fármacos MAb que contienen polisorbato 80 (45-47). Además, se han notificado respuestas anafilácticas inducidas por polisorbato en clases de fármacos no biológicos que contienen polisorbato: vitamina A (48), ciertos esteroides (49-51) y el fármaco antiviral aciclovir (52).

Separación de la anafilaxia inducida por MAb de la inducida por PS
Aunque está claro que los polisorbatos pueden inducir, y de hecho lo hacen, respuestas anafilácticas, parece que ningún ensayo clínico actual intenta diferenciar la anafilaxia inducida por polisorbatos de la inducida por sustancias farmacológicas. Para ello, habría que llevar a cabo estudios de vehículos separados. La anafilaxia se produce sólo en una pequeña fracción de pacientes, todos los cuales han tenido diferentes historiales de exposición a los polisorbatos de tratamientos anteriores. Por lo tanto, la selección de múltiples cohortes de control (los que no han estado expuestos a polisorbatos anteriormente y los que han estado expuestos durante diferentes periodos de tiempo) es prohibitivamente cara y añadiría más costes al ya costoso proceso de pruebas clínicas y aprobación reglamentaria. La sustitución de tensioactivos no iónicos alternativos, como los alquilsacáridos, en los biosimilares, y la posterior comparación de las tasas de anafilaxia en los ensayos clínicos podrían empezar a responder a esta pregunta (3, 4).

Prevención del problema
Los incentivos clínicos y comerciales para sustituir los polisorbatos son claros. Para los bioterapéuticos innovadores, la minimización de la anafilaxia ofrecería importantes beneficios clínicos y de seguridad a los pacientes, reduciendo posiblemente el tiempo y el coste del tratamiento previo con antihistamínicos y esteroides. Con más de 900 biosimilares y más de 600 biobeteros actualmente en desarrollo (53), la preocupación por los elevados costes de desarrollo ha llevado a algunos expertos de la industria a concluir que el precio de los biosimilares puede ser sólo un 20% inferior al de los productos innovadores correspondientes.

Eso plantea una barrera para que los médicos justifiquen el cambio de los pacientes de los productos innovadores bien caracterizados a los biosimilares recién introducidos sin que se ofrezca algún beneficio clínico claro y sustancial. La sustitución de los polisorbatos por tensioactivos que minimicen los episodios de anafilaxia sin permitir la degradación progresiva de la proteína o el aumento de la inmunogenicidad satisfaría una necesidad crítica al tiempo que proporcionaría un beneficio clínico sustancial y diferenciador para todos los implicados: pacientes, médicos y terceros pagadores.

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Edward T. Maggio, PhD, es presidente y director general de Aegis Therapeutics LLC, 11770 Bernardo Plaza Court, Suite 353, San Diego, CA 92128; 1-858-618-1400, fax 1-858-618-1441, móvil 1-858-967-6840; [email protected].