Polissorbatos, Bioterapêutica e Anafilaxia: Uma revisão

A utilização crescente de anticorpos monoclonais (MAbs) no tratamento de doenças neoplásicas, auto-imunes e inflamatórias levou a um aumento dramático das reacções de hipersensibilidade em todo o mundo, complicando o uso de MAbs como terapias de primeira linha e limitando a sobrevivência e qualidade de vida dos doentes (1). As origens da anafilaxia não são bem compreendidas, embora o seu mecanismo seja bastante simples (Figura 1). É geralmente atribuída a algumas propriedades intrínsecas indefinidas ou propriedades de uma terapêutica biológica – apesar de as formulações bioterapêuticas serem necessariamente complexas e incluírem uma série de excipientes funcionais. Estes ajudam os medicamentos a enfrentar os rigorosos desafios da validade, estabilização, solubilidade, reconstituição após a liofilização, e a propensão das proteínas para agregar – especialmente nas altas concentrações tipicamente usadas para reduzir o volume e tempo de administração da MAb.

Aproximadamente 70% de todas as formulações de MAb contêm ou PS-20 ou PS-80 (2). Os surfactantes polissorbato (PS) são uma dessas famílias de excipientes incorporados em muitas bioterapêuticas para prevenir a agregação de proteínas e a perda de eficácia associada. Embora os polissorbatos sejam eficazes nesse papel, eles contêm ligações éteres (dentro de moieties de polioxietileno) e cadeias alquílicas insaturadas que se auto-oxidam espontaneamente em soluções aquosas para formar espécies químicas imunogênicas e anafilactogênicas, incluindo hidro e peróxidos alquílicos, ácidos epóxi e aldeídos reativos, como formaldeído e acetaldeído. Os polissorbatos também hidrolisam em soluções aquosas para liberar ácidos graxos livres que podem aumentar a turbidez da solução. A variabilidade de lote para lote excede uma ordem de grandeza na concentração de espécies quimicamente reactivas como os peróxidos (3).

Imunogenicidade da bioterapêutica é uma preocupação séria e crescente para a US Food and Drug Administration (FDA) e a Agência Europeia de Medicamentos (EMA). Continuará a ter uma influência significativa e crescente no desenvolvimento e aprovação regulamentar tanto da bioterapêutica biosimilar como da nova bioterapêutica inovadora (4).

Anaphylaxis, por outro lado, é uma reacção alérgica que, embora grave, é geralmente negligenciada e aceite como uma propriedade inevitável das próprias proteínas bioterapêuticas. Poucas ou nenhumas tentativas têm sido feitas para diferenciar e segregar a sua fonte real em biologia. Embora a imunogenicidade indesejada induzida pelo polissorbato esteja bem documentada, pouca atenção tem sido dada à anafilaxia induzida pelo polissorbato (5-14). É compreensível que as autoridades reguladoras se concentrem fortemente na eficácia comparável na avaliação de biossimilares. Mas uma eficácia semelhante não implica necessariamente um perfil de segurança semelhante entre produtos inovadores e biossimilares. Tanto a imunogenicidade indesejada quanto a anafilaxia devem compreender os principais componentes da avaliação de segurança da bioterapêutica.

A anafilaxia é tipicamente rápida no início e se manifesta ao longo de minutos a horas. Em alguns casos, ela pode causar a morte (15, 16). O mecanismo subjacente é uma libertação de mediadores de certos tipos de glóbulos brancos que podem ser desencadeados por mecanismos imunológicos ou não imunológicos (16). As causas mais comuns incluem picadas de insetos, alergias alimentares e medicamentos.

Nesta última categoria, os excipientes polissorbato comumente usados PS-80 e PS-20 são encontrados em mais de 70% da MAb e outras bioterapêuticas protéicas, e agora se demonstrou que causam anafilaxia em pacientes que recebem esses medicamentos. Os sintomas de anafilaxia ocorrem durante minutos a horas, com um início médio em 5-30 minutos se a exposição for intravenosa, afetando a pele, sistema respiratório, trato gastrointestinal, coração e vasculatura, e sistema nervoso central (15). Os sintomas incluem urticária, coceira, rubor ou inchaço (angioedema); edema lingual, laríngeo e faríngeo; corrimento nasal e edema conjuntival. Os possíveis sintomas respiratórios incluem falta de ar, espasmo brônquico e obstrução das vias aéreas superiores secundária ao inchaço (17-19). O espasmo da artéria coronária pode estar associado a uma queda na pressão arterial ou choque, levando por vezes a um subsequente enfarte do miocárdio, disritmia ou paragem cardíaca. Os tratamentos para anafilaxia incluem o posicionamento de um paciente plano e a administração de anti-histamínicos, esteróides, fluidos intravenosos e epinefrina intramuscular (17, 20).

Uma longa bioterapêutica, hipersensibilidade a drogas e anafilaxia tem sido relatada para um número de MAbs – rituximab, ofatumumab, obinutuzumab, trastuzumab, cetuximab, tocilizumab, infliximab, etanercept, adalimumab, abciximab, golimumab, certolizumab, brentuximab, bevacizumab e omalizumab – todos formulados com surfactantes polissorbatos (1, 5, 21).

Carácter químico dos polissorbatos: Os polissorbatos têm um papel positivo nas formulações bioterapêuticas. Eles impedem a agregação – importante porque as proteínas agregadas são imunogênicas e podem induzir o sistema imunológico de um paciente a gerar anticorpos neutralizantes, reduzindo ou eliminando assim a eficácia de um medicamento administrado. No entanto, uma série de deficiências associadas aos polissorbatos precisam ser abordadas urgentemente, especialmente agora que a bioterapêutica está aumentando seu papel no tratamento de um número crescente de cânceres e outras doenças que ameaçam a vida.

Polissorbatos são ésteres complexos de espécies estruturalmente diversas e (em alguns casos) quimicamente reativas. PS-20 e PS-80 (Tween 20 e Tween 80) são misturas de ésteres de ácidos graxos estruturalmente relacionados de polioxietileno sorbitano e ácido láurico ou ácido oléico, respectivamente. No PS-20, a fração monolaurate compreende 40-60% das cadeias alquílicas, com grupos alquílicos de diferentes comprimentos de cadeia que compõem o restante das moléculas. No PS-80, cerca de 60% das cadeias alquílicas são derivadas do ácido oléico, sendo o restante dos ésteres derivados de outros ácidos graxos (22). Todos os polissorbatos comercialmente disponíveis também contêm quantidades mensuráveis de polioxietileno, polioxietileno sorbitano e ésteres de ácidos graxos de polioxietileno isosorbido (22-24).

Polissorbatos sofrem auto-oxidação intrínseca, produzindo hidro e alquil-peróxidos reativos (25-30), bem como aldeídos reativos como formaldeído e acetaldeído (31), que induzem imunogenicidade de proteínas solúveis.

Anafilaxia induzida por polissorbato
As propriedades anafilactogênicas da PS-80 estão cada vez mais bem documentadas na literatura clínica. A identificação da causa mecanicista precisa da anafilaxia induzida pelo polissorbato é complicada pela complexa natureza química dos surfactantes polissorbatos. Estudos pré-clínicos com animais identificaram várias espécies moleculares específicas que induzem anafilaxia.

Já em 1985, Masini et al. demonstraram a liberação de histamina induzida pelo polissorbato em tecidos periféricos e mastócitos isolados, bem como respostas hemodinâmicas (32). Em 1997, Bergh et al. relataram que a exposição do ar a soluções aquosas de PS-80 produziu formaldeído e acetaldeído em quantidades que poderiam provocar reações alérgicas em alguns indivíduos (33). Estes últimos autores alertaram profeticamente os desenvolvedores de drogas para levar em consideração a possibilidade de formação de compostos alergênicos durante a fabricação, armazenamento e manuseio de produtos contendo polissorbato e surfactantes quimicamente similares.

Coors et al. conduziram um exame completo da PS-80 como indutor de reações anafilactóides severas (34). Seu extenso complemento de metodologias de detecção bem aceitas e sensíveis incluiu testes de picada na pele, ensaios de imunoabsorção enzimática (ELISAs), immunoblotting de imunoglobulina E (IgE), e detecção citométrica de fluxo de ativação basofílica em pacientes de controle e outros com histórico médico de choque anafilático devido à administração intravenosa de um produto multivitamínico durante a gravidez (um substituto para drogas administradas por via intravenosa). Nem os ELISAs nem os immunoblots identificaram qualquer anticorpo IgE específico do polissorbato, confirmando a natureza não-imunológica da reacção anafilactoide. Este estudo demonstrou que a PS-80 pode causar reações anafilactoides não-imunológicas graves.

Sun et al. avaliaram o efeito de sensibilização da PS-80 de diferentes lotes de fabricação em cães, observando diferentes graus de reação anafilactoide (35). Da mesma forma, ao avaliar 10 lotes de soluções PS-80 de diferentes fornecedores, Yang et al. descobriram que a formação espontânea de impurezas PS-80, como peróxidos e resíduos de ácidos graxos oxidados (presentes em níveis variados em cada lote testado) induziu reações anafilactóides em um modelo in vivo de zebrafish (36).

Qiu et al. demonstraram que o polissorbato 80 induz reações anafiláticas não imunes (pseudoalergia) típicas em cães – caracterizadas pela liberação de histamina e anticorpos IgE não variáveis (37). A PS-80 induziu liberação de histamina com um aumento de duas vezes em SC5b-9, um aumento de 2,5 vezes em C4d, e um aumento de 1,3 vezes em Bb enquanto o IgE permaneceu inalterado. A PS-80 causou sofrimento cardiopulmonar em cães e ativou seus sistemas complementares por vias clássicas e alternativas, como indicado para preparações in vivo e in vitro.

Com a crescente importância e uso rotineiro de um número crescente de bioterapêuticas, os relatos clínicos de anafilaxia induzida por polissorbato também estão aumentando. Por exemplo, as reações ocorreram após a administração em dois pacientes que receberam omalizumab (38). Os testes intradérmicos produziram reações significativas de pápula e erupção cutânea (urticária e angioedema) ao PS-20 que não apareceram em indivíduos de controle negativo. Os dados imunológicos in vitro e in vivo apoiam a conclusão de que as reacções adversas experimentadas pelos dois pacientes após mais de um ano de terapia omalizumab bem sucedida foram provavelmente anafilactóides por natureza. Os autores de um relato anterior de anafilaxia omalizumab inexplicada não haviam considerado a possível associação com PS-20 (39).

Patientes que receberam os hormônios de crescimento das células vermelhas darbepoietina e eritropoietina também desenvolveram reações de hipersensibilidade (40). Com base nos testes cutâneos subsequentes e nos sintomas clínicos observados, os investigadores concluíram que a causa dessas reacções foi o excipiente PS-80. Os autores também acreditam que possa ter contribuído para uma incidência relacionada de aplasia pura de células vermelhas.

Em um estudo comparando formulações de etoposídeos com e sem PS-80 usando o mesmo protocolo de pré-medicação, um paciente apresentou uma reação de hipersensibilidade à formulação contendo PS-80, mas nenhuma com a formulação de etoposídeos não a contendo (41). Os autores concluíram que a reação de hipersensibilidade provavelmente foi devida à PS-80 e não ao etoposídeo em si.

Badiu et al. relataram múltiplos casos de anafilaxia induzida pela PS-80, decorrentes da administração de diversas vacinas (42). Uma menina de 17 anos experimentou urticária generalizada, angioedema das pálpebras, rinoconjuntivite, dispnéia e sibilos uma hora após sua terceira administração intramuscular da vacina contra o papiloma humano quadrivalente Gardasil (Merck), que contém a PS-80. Os testes intradérmicos foram positivos com esse produto, enquanto os testes cutâneos com a vacina bivalente (que não contém PS-80) foram negativos. Os testes de picada da PS-80 foram positivos no paciente e negativos em 10 controles saudáveis. O resultado do teste de ativação do basofil CD203 foi negativo para a PS-80 em todas as diluições testadas, e não foi encontrada nenhuma IgE específica. Os autores também testaram duas vacinas contra influenza: uma contendo PS-80 (Fluarix da GlaxoSmithKline), que resultou em reação positiva, e outra vacina contra gripe sem adjuvante ou conservante (Vaxigrip da Sanofi Pasteur MSD), que deu resultado negativo.

Limaye et al. relataram um caso de reação alérgica à eritropoietina no qual um paciente desenvolveu prurite generalizada, eritema e angioedema orofacial (43). A formulação do Eprex eritropoietina (Johnson & Johnson) continha eritropoietina humana recombinante e PS-80 como excipiente (0,15 mg/mL). Os testes de eritropoietina e intradérmicos sequenciais com concentrações crescentes e o Neupogen filgrastim de Amgen (contendo polissorbato a 0,04 mg/mL) deram reacções positivas, enquanto que uma preparação sem polissorbato de eritropoietina produziu resultados negativos nos testes. O teste intradérmico com polissorbato de grau farmacêutico resultou numa reacção local positiva, seguida de um ligeiro angioedema orofacial uma hora mais tarde. Nenhuma reação foi observada em um sujeito de controle (43). Purcell et al. também identificaram o polissorbato 80 como a causa provável de uma resposta imunológica à eritropoietina quando a albumina humana foi substituída por polissorbato 80 e glicina (44).

Hipersensibilidade ao drogado e anafilaxia foi relatada para o Fator VIII, darbopoietina, eritropoietina e vários MAbs, todos contendo um surfactante de polissorbato (1, 5, 21, 43). Lesões urticariformes têm sido descritas em pacientes submetidos a tratamento com infliximab, adalimumabe, etanercept e ustekinumabe – quatro medicamentos da MAb contendo polissorbato 80 (45-47). Além disso, foram relatadas respostas anafiláticas induzidas pelo polissorbato em classes de medicamentos não biológicos contendo polissorbato: vitamina A (48), certos esteróides (49-51) e o medicamento antiviral aciclovir (52).

Separating MAb-Induced from PS-Induced Anaphylaxis
Embora seja claro que os polissorbatos podem e induzem respostas anafiláticas, parece que nenhum ensaio clínico atual tenta diferenciar a anafilaxia induzida por polissorbatos da induzida por substâncias medicamentosas. Para isso, teriam de ser realizados estudos de veículos separados. A anafilaxia ocorre em apenas uma pequena fração de pacientes, todos com diferentes históricos de exposição aos polissorbatos em relação aos tratamentos anteriores. Assim, a seleção de múltiplos coortes de controle (aqueles sem exposição prévia a polisorbatos e aqueles com exposição prévia em diferentes períodos de tempo) é proibitivamente cara e adicionaria custos adicionais ao já caro processo de testes clínicos e aprovação regulatória. A substituição de surfactantes alternativos não iônicos, como os alquilossacarídeos em biosimilares, e a comparação das taxas de anafilaxia em ensaios clínicos poderia começar a responder a esta pergunta (3, 4).

Prevenir o Problema
Os incentivos clínicos e comerciais para substituir os polissorbatos são claros. Para a bioterapêutica inovadora, a minimização da anafilaxia ofereceria benefícios clínicos e de segurança significativos aos pacientes – possivelmente reduzindo o tempo e o custo do pré-tratamento com anti-histamínicos e esteróides. Com mais de 900 biossimilares e mais de 600 biobededores atualmente em desenvolvimento (53), as preocupações com os altos custos de desenvolvimento levaram alguns especialistas da indústria a concluir que o preço dos biossimilares pode ser apenas 20% mais baixo do que o dos produtos inovadores correspondentes.

Isso levanta uma barreira para os médicos justificarem a mudança de pacientes de produtos inovadores bem caracterizados para produtos biosimilares recentemente introduzidos, sem algum benefício clínico claro e substancial em oferta. Substituir os polissorbatos por surfactantes que minimizem os episódios de anafilaxia sem permitir a degradação progressiva da proteína ou o aumento da imunogenicidade iria ao encontro de uma necessidade crítica, ao mesmo tempo que proporcionaria um benefício clínico diferencial substancial para todos os envolvidos: pacientes, médicos e terceiros pagadores.

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Edward T. Maggio, PhD, é presidente e diretor executivo da Aegis Therapeutics LLC, 11770 Bernardo Plaza Court, Suite 353, San Diego, CA 92128; 1-858-618-1400, fax 1-858-618-1441, celular 1-858-967-6840; [email protected].