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Biotecnologie 1. 2 motori molecolari nanotecnologie nanobiotecnologie 3.

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Presentazione sul tema: "Biotecnologie 1. 2 motori molecolari nanotecnologie nanobiotecnologie 3."— Transcript della presentazione:

1 biotecnologie 1

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3 motori molecolari nanotecnologie nanobiotecnologie 3

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5 In eubacteria, chloroplasts and mitochondria, the synthesis of ATP is carried out by a highly complex molecular machine known as ATP synthase. During ATP synthesis, the central rotor turns in the direction shown about 150 times every second. 5

6 Myosin 5, is a motor found in non- muscle cells that is involved in moving proteins and vesicles around in cells along tracks of actin. Myosin 5 is a dimer, so it has two motor domains, and these take alternate steps along actin, to carry its cargo to the right place in the cell. Using electron microscopy and single particle image processing we have elucidated the structure of myosin 5 attached to actin (Nature 405, (15 Jun 2000)).This movie has been made from a series of electron micrographs of myosin 5 bound to actin, so you can see how myosin 5 might 'walk' along actin. 6

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9 Parliamo di farmaci…… 9

10 Molecular landscape It has been estimated that the number of molecules with 30 atoms that can be constructed from carbon, oxygen, nitrogen, and sulfur is in excess of

11 CHEMINFORMATICS Molecular landscape 11

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13 definizione funzionale di farmaco molecola che contrasta una patologia in atto molecola (o complesso di molecole) che previene l’insorgenza di una patologia attivando il sistema immunitario (vaccino) molecola (o complesso di molecole) che previene l’insorgenza di una patologia o favorisce un’attività fisiologica attivando specifici processi metabolici (integratore) 13

14 definizione funzionale di farmaco molecola che contrasta una patologia in atto molecola (o complesso di molecole) che previene l’insorgenza di una patologia attivando il sistema immunitario (vaccino) molecola (o complesso di molecole) che previene l’insorgenza di una patologia attivando specifici processi metabolici (integratori) Antibatterici Antivirali Antimicotici Antitumorali ecc. piccole molecole biopolimeri fleboclisi (dal greco φλέψ, fléps = vena), comunemente detta flebo 14

15 Lipinski’s rule of five There are more than 5 H-bond donors The molecular weight is over 500 The LogP * is over 5 There are more than 10 H-bond acceptors Advanced Drug Delivery Reviews (1997) Poor absorption or permeation are more likely when: * Partition coefficient 15

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18 FDA History - July 15, 1962 A medical officer Frances Kelsey receives the President's Distinguished Federal Civilian Service Award from President John F. Kennedy at a White House ceremony in The award, the highest honor available to civilian government employees, was for Dr. Kelsey's work in blocking U.S. approval of the drug thalidomide in the l960s. It's estimated that more than 10,000 children in 46 countries where the sleep aid had been approved were born with deformities as a consequence their mothers using the drug while the women were pregnant. Thalidomide is racemic – it contains both left- and right-handed isomers in equal amounts. The (R) enantiomeris effective against morning sickness but the (S) is teratogenic and has been proposed to cause birth defects although this has never been proven experimentally. The enantiomers can interconvert in vivo – that is, if a human is given pure (R)-thalidomide or (S)-thalidomide, both isomers will later be found in the serum – therefore, administering only one enantiomer will not prevent the teratogenic effect. (S)-thalidomide(R)-thalidomide 18

19 Nutraceutical Drugs: products isolated or purified from foods (beta-carotene, lycopene) Nutraceutical foods are not subject to the same testing and regulations as pharmaceutical drugs 19

20 Aspirin took a- for the acetylation, -spir- from Spirsäure, and added -in as a typical drug name ending to make it easy to say 20

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22 Farmaco = molecola che contrasta una patologia Antibatterici: antibiotici Colpire le diversità! 1.Presenza del peptidoglicano 2.Differenze a livello delle DNA polimerasi 3.Differenze a livello del ribosoma 4.blocco della sintesi di molecole che noi assumiamo dalla dieta, mentre altre specie se la costruiscono (vedi sulfamidici & acido tetraidrofolico) 22

23 Farmaco = molecola che contrasta una patologia Penicillium notatum Antibatterici: antibiotici 23

24 Farmaco = molecola che contrasta una patologia Antibatterici: antibiotici 24

25 Streptomicina isolata da Attinomiceti (Actinobacteria) batteri Gram positivi 25 Antibatterici: antibiotici amminoglicosidici

26 Farmaco = molecola che contrasta una patologia Antibatterici: antibiotici 26

27 27 bloccano la sintesi dell’acido folico

28 Clarithromycin prevents bacteria from growing by interfering with their protein synthesis. Clarithromycin binds to the subunit 50S of the bacterial ribosome and thus inhibits the translation of peptides. Clarithromycin has similar antimicrobial spectrum as erythromycin but is more effective against certain gram-negative bacteria, particularlyLegionella pneumophila. Besides this bacteriostatic effect, clarithromycin also has bactericidal effect on certain strains such as Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae and Neisseria gonorrhoeae. Clarithromycin From Wikipedia, the free encyclopedia Levofloxacin From Wikipedia, the free encyclopedia Mechanism of action Levofloxacin is a broad-spectrum antibiotic that is active against both Gram-positive and Gram-negative bacteria. It functions by inhibiting DNA gyrase, a type II topoisomerase, and topoisomerase IV, which is an enzyme necessary to separate replicated DNA, thereby inhibiting cell division. Penicillina Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. Le penicilline sono antibiotici beta-lattamici che contengono cioè un lattame (deriva dalla condensazione di una funzione carbossilica con l'ammina sul Cβ). La base è l'acido 6-amino penicillanico. Sono farmaci ideali perché hanno specificità d'azione, in quanto colpiscono un enzima presente solo nei batteri e non nell'organismo umano, la transpeptidasi, che permette la sintesi dei peptidoglicani della parete della cellula batterica. L'anello beta-lattamico è condensato con un anello tiazolidinico (è a 5 termini con S e N) e prende nome di nucleo penam.. amoxicillin Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. Amoxicillin is a moderate-spectrum, bacteriolytic, β-lactam antibiotic used to treat bacterial infections caused by susceptible microorganisms. It is usually the drug of choice within the class because it is better absorbed, following oral administration, than other β-lactam antibiotics. Amoxicillin acts by inhibiting the synthesis of bacterial cell wall. It inhibits cross-linkage between the linear peptidoglycan polymer chains that make up a major component of the cell walls of both Gram-positive and Gram-negative bacteria 28

29 Azithromycin is an azalide, a subclass of macrolide antibiotics. Azithromycin prevents bacteria from growing by interfering with their protein synthesis. Azithromycin binds to the 50S subunit of the bacterial ribosome, and thus inhibits translation of mRNA. Nucleic acid synthesis is not affected. Azithromycin From Wikipedia, the free encyclopedia Teicoplanin From Wikipedia, the free encyclopedia Teicoplanin is an antibiotic used in the prophylaxis and treatment of serious infections caused by Gram-positive bacteria, including methicillin- resistant Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis. It is a glycopeptide antiobiotic extracted from Actinoplanes teichomyceticus. Its mechanism of action is to inhibit bacterial cell wall synthesis. 29

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31 Nascita di un nuovo farmaco Ogni nuovo farmaco (costituito da piccoli gruppi funzionali detti farmacofori) nasce dall'individuazione, da parte dei medici e dei ricercatori, di un'ipotesi di bersaglio farmacologico, ossia un meccanismo o un processo biologico su cui intervenire per modificare il decorso di una malattia. A partire da questa ipotesi, si scelgono i cosiddetti composti guida (lead compounds in inglese), che sono i precursori del futuro principio attivo: cio è una serie di sostanze chimiche presumibilmente in grado di influenzare tale meccanismo e di ottenere un effetto terapeutico. Alcuni farmaci sono stati ottenuti partendo dalla valutazione di effetti collaterali di altri farmaci gi à disponibili (minoxidil anti calvizie prima anti malattie respiratorie; sildenafil studiato anti angina pectoris poi diventato famoso perché efficace contro le disfunzioni erettili; aspirina anti trombosi). Molti farmaci sono stati scoperti dallo studio dell'attivit à farmacologica posseduta da estratti di piante di cui era noti effetti tossici od esisteva un uso terapeutico tradizionale. Un approccio sperimentale molto usato in chimica farmaceutica è lo studio della Relazione Struttura-Attivit à (SAR). In pratica si operano modifiche strutturali su molecole dotate di attivit à farmacologica, al fine di individuare le porzioni della molecola che interagiscono direttamente con i recettori. La sperimentazione pre-clinica il preparato, prima di essere sperimentato sull'uomo viene sperimentato tramite test su un cosiddetto modello sperimentale della malattia, vale a dire un sistema che esibisce lo stesso bersaglio farmacologico per cui si studia il farmaco. Tale modello può essere solo teorico, come un modello matematico, oppure può essere una coltura di cellule (modelli in vitro), od ancora animali da laboratorio (modelli in vivo). In questa fase si sperimentano tipicamente moltissimi composti simili tra loro, per misurare la loro attivit à e il loro grado di efficacia. Da questa prima serie di test si scelgono i composti da modificare e provare poi su cavie ed animali da laboratorio. Durante questa fase si iniziano a valutare i rischi e la potenziale tossicit à per l'uomo, e vengono a volte introdotte delle modifiche alla composizione chimica del composto-guida, in vista della formulazione prevalente che si prevede verr à usata negli studi clinici sull'uomo. La sperimentazione clinica Accertato che il composto in esame ha l'efficacia desiderata sul bersaglio farmacologico, e un accettabile grado di sicurezza per l'utilizzo, bisogna verificarne la reale tollerabilit à ed efficacia sull'uomo. Per questo sono previste tre fasi distinte e successive: fase I farmacologia clinica, fase II studio di efficacia e fase III studio multicentrico. FASE I - Farmacologia clinica Lo scopo di questa fase della sperimentazione è quello di fornire preliminari elementi per una valutazione della sicurezza del principio attivo per accertare la tolleranza dell'organismo rispetto al principio attivo. Per questo è necessario richiedere l'autorizzazione alla sperimentazione dal Ministero della Sanit à, e se il principio attivo non è mai stato sperimentato prima sull'uomo, anche il parere dell'Istituto Superiore di Sanit à. Si seleziona un limitato numero di volontari sani ( ), di sesso preferibilmente maschile (per evitare interferenze con il ciclo ormonale femminile) che sotto rigoroso controllo medico assumono dosi sempre pi ù alte del farmaco in sperimentazione per testarne la tollerabilit à. In questa fase vengono avviati gli studi sui meccanismi di farmacocinetica, farmacodinamica, metabolismo e biodisponibilit à ; si valutano anche i possibili effetti del farmaco a carico di altri organi e altre funzioni dell'organismo, i cosiddetti effetti collaterali: capita spesso infatti che un dato principio attivo agisca su pi ù organi, a volte in modi diversi. In questo stadio si apportano gli ultimi ritocchi alla molecola del principio attivo, sia in termini di composizione chimica che di processo di produzione: se dopo questa fase vengono apportate modifiche alla molecola e/o al processo produttivo, il prodotto viene sottoposto di nuovo a tutte le sperimentazioni precliniche e cliniche. Il motivo di questa disposizione è che variazioni anche minime al processo produttivo possono influenzare in modo imprevedibile il prodotto finale: è tristemente noto il caso del triptofano, un aminoacido essenziale: nel 1989 in seguito ad un nuovo metodo di purificazione della molecola adottato dal produttore, si verificarono alcune morti in seguito all'assunzione del farmaco: si scopr ì che durante il nuovo processo, due molecole di triptofano potevano unirsi dando origine ad un composto velenoso, che era presente nel farmaco finale in concentrazione dello 0,1%. FASE II - Studio di efficacia Terminata l'analisi farmacologica, si passa a determinare l'efficacia terapeutica del nuovo farmaco. In alcuni selezionati centri ospedalieri dotati di comitati etici di controllo, che devono autorizzare sia il protocollo generale di sperimentazione che ogni singolo passo della sperimentazione stessa, si realizza una serie di studi sul campo, che comprendono sia una ulteriore affinamento dell'analisi sulla tossicit à e sugli effetti collaterali sia degli studi in doppio cieco su pazienti, per misurare di quanto l'effetto del nuovo farmaco sia superiore all'effetto placebo, considerato come una specie di "zero farmaceutico". Ogni paziente che partecipa alla sperimentazione deve essere informato puntualmente degli effetti del nuovo farmaco e dei potenziali rischi previsti, e firmare una dichiarazione di consenso informato. FASE III - Studio multicentrico Terminato lo studio dell'efficacia clinica del nuovo farmaco, si continua la sperimentazione allargando il numero di centri, cio è di ospedali e cliniche coinvolte, con l'obiettivo di confermare l'efficacia, affinare i dosaggi e la formulazione scelta, valutare il valore terapeutico, meglio definire il rapporto sicurezza efficacia, e superare il problema della variabilit à individuale, cio è il problema delle possibili diverse reazioni su pazienti diversi. Terminata questa fase di sperimentazione si fa domanda di registrazione presso il Ministero della Sanit à, per ottenere l'autorizzazione alla commercializzazione della nuova specialit à farmaceutica (il medicinale vero e proprio). Durante le prime fasi della sperimentazione clinica (fase III compresa), il farmaco non è ancora in vendita ma può essere usato soltanto negli ospedali e soltanto sui pazienti che partecipano allo studio. FASE IV - Studi condotti dopo la commercializzazione del farmaco Anche dopo la commercializzazione il nuovo farmaco viene tenuto sotto controllo per rilevare effetti collaterali e/o problemi eventualmente sfuggiti ai test clinici precedenti, perch é si manifestano molto raramente o a lungo/lunghissimo termine, o solo in condizioni particolari. Per un nuovo farmaco ci vogliono anni e 1G€. 31

32 Antivirali pochi e poco efficaci: inibitori di enzimi che solo i virus hanno (trascrittasi inversa, neuraminidasi ecc.) 32

33 Influenza Foss'io micragna allor m'infilerei sì come chiodo dentro la cervella dei saccentoni tronfi e manichei: di lor certezze ci faria brandella; i governanti ladri e farisei visiterei se fossi salmonella ed a tal segno i' li strizzerei che li faria cacar fin le budella; se fossi mal franzese allor direi d'andar di dentro a quei che fan flanella a tutti per guastar li zebedei se poi fossi influenza che farei? allor n'andrei nel letto alla mia bella e giorno e notte la possederei. Ma dice invece la gentil donzella di andar di lungo e star lontan da lei: "Se hai voglia di una sega fatti quella!" Da un sonetto di Cecco Angiolieri (inizi del 1300) I virus della famiglia Orthomyxoviridae genere Specie Sierotipo o sottotipo ospite virus dell’influenza A Influenza A virus H1N1 H1N2 H2N2 H3N1 H3N2 H3N8 H5N1 H5N2 H5N3 H5N8 H5N9 H7N1 H7N2 H7N3 H7N4 H7N7 H9N2 H10N7 Uomo/donna, maiale, uc cello cavallo virus dell’influenza B Influenza B virus Uomo/donna, foca virus dell’influenza C Influenza C virus Uomo/donna, maiale Isavirus Virus dell’anemia infettiva del salmone salmone dell’Atlantico Thogotovirus zecca, zanzara, mammif eri Dhori virus Batken virus, Dhori virus nucleoproteine e RNA neuraminidasi emoagglutinina guscio lipidico capside N H 33

34 Particelle virali dell’influenza A che stanno infettando le cellule cigliate dell’epitelio Gemmazione di particelle del virus dell’influenza virus dalla superficie di una cellula infettata 34

35 Struttura della neuramminidasi N1 del virus influenzale A zanamivir 1980 oseltamivir 1996 acido sialico zanamivir oseltamivir 35

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37 riflesso condizionato 37

38 riflesso condizionato 38

39 medicina “sperimentale” medicina “alternativa” Medicina naturopatica Medicina islamica Medicina tradizionale cinese Medicina popolare Medicina ayurvedica Medicina omeopatica Medicina ortomolecolare 39

40 medicina “alternativa” omeopatia 40

41 medicina “alternativa” omeopatia 41

42 DAVENAS E, BEAUVAIS F, AMARA J, OBERBAUM M, ROBINZON B, MIADONNA A, TEDESCHI A, POMERANZ B., FORTNER P, BELON P, SAINTE-LAUDY J, POITEVIN B, BENVENISTE J: Human basophil degranulation triggered by very dilute antiserum against IgE. ex NATURE, 1988, 333,

43 The 1991 Ig Nobel Prize Winners CHEMISTRY Jacques Benveniste, prolific proseletizer and dedicated correspondent of "Nature," for his persistent discovery that water, H2O, is an intelligent liquid, and for demonstrating to his satisfaction that water is able to remember events long after all trace of those events has vanished. The 1998 Ig Nobel Prize Winners CHEMISTRY Jacques Benveniste of France, for his homeopathic discovery that not only does water have memory, but that the information can be transmitted over telephone lines and the Internet. [REFERENCE:"Transatlantic Transfer of Digitized Antigen Signal by Telephone Link," J. Benveniste, P. Jurgens, W. Hsueh and J. Aissa, "Journal of Allergy and Clinical Immunology - Program and abstracts of papers to be presented during scientific sessions AAAAI/AAI.CIS Joint Meeting February 21-26, 1997"] 43

44 BOIRON IN BREVE Boiron, azienda leader mondiale nella produzione di medicinali omeopatici, nasce in Francia nel 1932, ed è presente in oltre 50 paesi. Conta ad oggi dipendenti nel mondo, 240 in Italia. La prima filiale estera del gruppo è stata quella italiana, aperta a Milano nel In Italia Boiron è presente sul territorio con una sede (Segrate - Milano) e 3 stabilimenti produttivi e distributivi (Milano, Bologna, Roma). Il Gruppo Boiron ha come missione quella di sviluppare l’omeopatia come terapeutica rigorosa, scientifica e medica. 44

45 Boiron, azienda farmaceutica francese leader nel mercato dei medicinali omeopatici, ha chiuso un 2009 in netta crescita: il fatturato, che ha raggiunto i 526 milioni di euro, è aumentato del 12,7%. All'incremento del giro d'affari di Boiron si accompagna una redditività ancora migliore: più 61% il margine operativo, e più 53,4% l'utile netto, che ha raggiunto i 59,8 milioni. La società è quotata alla Borsa di Parigi, e il cda proporrà all'assemblea la distribuzione di un dividendo di 0,7 euro per azione. Brillanti anche i risultati della controllata italiana, di cui è amministratore delegato Silvia Nencioni: qui la crescita del fatturato è stata del 14,5%, superiore a quella dell'intero gruppo. Un dato superiore sia a quello della crescita media dell'omeopatia (più 9,5%-dati IMS health sell- out), sia a quello dei prodotti di automedicazione (stabile con un meno 0,1%- dati IMS health sell-out). «L'esercizio spiega Silvia Nencioni - è stato caratterizzato soprattutto dall'eccezionalità dell'influenza A, che ha contribuito alla nostra redditività». Tra i prodotti omeopatici di Boiron, infatti, l'area più importante è proprio quella legata ai sintomi influenzali. Il farmaco di punta, Oscillococcinum, solo in Italia ha venduto circa un milione di confezioni. Altro prodotto di largo consumo è il collirio Euphralia (1,3 milioni di pezzi). 45

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47 The ingredients of a one gram tube of Oscillococcinum are listed as: Active ingredient: Anas Barbariae Hepatis et Cordis Extractum (extract of Muscovy Duck liver and heart) 200CK HPUS 1×10 −400 g Inactive ingredient: 0.85 g sucrose, 0.15 g lactose (100% sugar.) Though Korsakov was not formally trained as a doctor, he was interested in medicine, possibly because of the difficulty in getting medical care in the rural area where he lived. According to his journals he treated several thousand patients, at first using Evidence- based medicine but in 1829 switching to homeopathy at the urging of his relatives. Korsakov is noted in homeopathic circles as the originator of the Korsakovian method of dilution, which differed from the Samuel Hahnemann an Homeopathic dilution used by (and named for) homeopathys founder in that it used a single container for a series of dilutions rather than a new container for each. Korsakov also used dilutions higher than those previously used (30C and higher). Dilutions made using his method are commonly designated with the letter "K", e.g. 15K. In 2000 Oscillococcinum was one of the top ten selling drugs in France 47

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