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Gentechnische Sicherheit

Rekombinante Gerinnungsfaktoren

Angesichts der geringen Zahl an Hämophilie-Patienten weltweit ist die Vielzahl an rekombinant hergestellten Gerinnungsfaktoren, die sich mittlerweile auf dem Markt tummeln, schon erstaunlich. Die Unterschiede zwischen den Produkten sind oft nur marginal und den technischen Möglichkeiten oder geschickten Ausweichmanövern um patentgeschützte Verfahren geschuldet.
Robert Fürst und Ilse Zündorf
06.08.2020  11:00 Uhr

In Deutschland gibt es etwa 4000 Patienten mit Hämophilie A und ungefähr 700 mit Hämophilie B. Sie leiden an einer mitunter lebensgefährlichen, erhöhten Blutungsneigung, die auf einen Mangel eines Faktors in der komplexen Gerinnungskaskade zurückzuführen ist (mehr dazu lesen Sie hier). Die Hämophilien A und B sind die häufigsten Koagulopathien, sie werden durch den Mangel an Faktor VIII (FVIII) beziehungsweise Faktor IX (FIX) ausgelöst.

Neben nach wie vor etlichen Faktor-VIII-Präparaten, die aus Humanplasma gewonnen werden, gibt es mittlerweile zahlreiche rekombinant hergestellte Wirkstoffe für Patienten mit Hämophilie A. Einige Herausforderungen mussten bei der gentechnischen Herstellung des mit 2332 Aminosäuren sehr großen und umfassend posttranslational modifizierten Gerinnungsfaktors VIII bewältigt werden.

Faktor VIII in vielen Varianten

FVIII ist ein Domänenprotein, das aus den Abschnitten A1-A2, B, A3 und C1-C2 besteht (Abbildung 1). Posttranslational kann das Protein an 25 Stellen N-glycosyliert und an sechs Tyrosin-Resten sulfatiert sein. Der ins Blut sezernierte FVIII besteht aus einer zwischen 90 und 200 kDa großen schweren Kette aus A1, A2 und einem mehr oder weniger großen Anteil der Domäne B, die über Metallionen mit der leichten Proteinkette aus A3, C1 und C2 verknüpft ist. Im Plasma sind die beiden FVIII-Proteinketten mit dem von-Willebrand-Faktor (VWF) assoziiert und werden dadurch stabilisiert.

Thrombin oder FXa aktivieren FVIII über eine Spaltung zwischen A1 und A2 sowie zwischen A2 und B, wodurch die B-Domäne komplett entfernt wird. Als Heterotrimer hat FVIIIa die maximale Gerinnungsaktivität und bringt FIXa in die Nähe von FX (Abbildung 1, unten). Dies zeigt, dass die B-Domäne offensichtlich nicht für die Aktivität des Gerinnungsfaktors benötigt wird.

Während die ersten rekombinant hergestellten FVIII-Präparate mit Octocog alfa dem natürlichen Protein entsprachen, wurden nachfolgende Faktoren in einer verkürzten Variante exprimiert. Die Herstellerfirmen kreierten verschiedene Varianten, denen die B-Domäne komplett oder teilweise fehlt und die als BDD für »B-domain deleted FVIII« oder BDT für »B-domain truncated« bezeichnet werden. Zudem wurden alternative Schnittstellen zur Spaltung der Ketten eingesetzt. Dadurch entstand mittlerweile eine Vielfalt an Analogpräparaten, die zur Therapie der Hämophilie A zur Verfügung stehen (Tabelle 1).

Octocog alfa wird als vollständiger FVIII in einer immortalisierten Zelllinie entweder aus Ovarien des Chinesischen Zwerghamsters (Chinese Hamster Ovary, CHO) oder aus Nierenzellen einen Tag alter Goldhamster (Baby Hamster Kidney, BHK) hergestellt und ist als heterogene Mischung mit unterschiedlich langen B-Domänen in verschiedenen Handelspräparaten enthalten (Abbildung 2, A).

In den neueren Wirkstoffen Moroctocog alfa, Simoctocog alfa und Turoctocog alfa sind unterschiedlich lange Bereiche der B-Domäne enthalten. Dagegen wird Lonoctocog alfa auch als »single chain FVIII« bezeichnet. In den noch vorhandenen 24 Aminosäuren der B-Domäne fehlen allerdings die Prozessierungsstellen und das Protein wird komplett in einer Kette sezerniert. Dadurch bindet der Wirkstoff in vivo mit höherer Affinität an VWF und ist dadurch stabiler.

Ein Sonderfall ist Efmoroctocog alfa (Abbildung 2, D): Hier ist ein Antikörper-Fc-Teil mit dem BDD-FVIII fusioniert. Zusätzlich wird in den Produktionszellen, die sich von menschlichen embryonalen Nierenzellen ableiten (Human Embryonic Kidney, HEK), der Fc-Teil separat exprimiert. Die beiden Proteine dimerisieren spontan über Disulfidbrücken im Fc-Teil. Ungefähr 75 Prozent des Fusionsproteins wird in den HEK-Zellen prozessiert und liegt dann als Heterotrimer vor.

In den 1980er-Jahren gerieten Proteine tierischen und menschlichen Ursprungs wegen der bovinen spongiformen Enzephalopathie (BSE) in Verruf. Daher wurden auch die Herstellung und Formulierung der Gerinnungsfaktoren so weiterentwickelt, dass möglichst keine entsprechenden Zusätze benötigt wurden.

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