La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO"— Transcript della presentazione:

1 CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO
Adriana Maggi BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE LEZIONE 8 BIOFARMACI E PROTEINE TERAPEUTICHE: PROBLEMATICHE LEGATE ALLA LORO FARMACOCINETICA/DINAMICA

2 PROTEINE TERAPEUTICHE DI PRIMA GENERAZIONE
INSULINA FATTORI DI CRESCITA DELL’EMATOPOIESI INTERLEUCHINE ED INTERFERONI ORMONE DELLA CRESCITA ENZIMI (ANTICORPI MONOCLONALI) (VACCINI) FATTORI DELLA COAGULAZIONE

3 PROTEINE TERAPEUTICHE DI PRIMA GENERAZIONE
NOME COMMERCIALE PROTEINA TERAPEUTICA AZIENDA FARMACEUTICA PRINCIPALE INDICAZIONE TERAPEUTICA IN USA ANNO HUMULIN INSULINA UMANA ELI LILLY DIABETE 1982 PROTROPIN ORMONE SOMATOTROPO GENENTECH DEFICIENZA GH 1985 INTRON A INTERFERONE ALFA 2b SHERING-PLOUGH LEUCEMIA A CELLULE CAPELLUTE 1986 ROFERON A ALFA 2a HOFFMANN- LA ROCHE HUMATROPE 1987 ACTIVASE TPA INFARTO CARDIACO EPOGEN ERITROPOIETINA AMGEN ANEMIA RENALE 1989 ALFERON N ALFA N3 INTERFERON SCIENCES PORRI GENITALI NEUPOGEN G-CSF NEUTROPENIA DA CHEMIOTERAPIA 1991

4 PROTEINE TERAPEUTICHE DI PRIMA GENERAZIONE
NOME COMMERCIALE PROTEINA TERAPEUTICA AZIENDA FARMACEUTICA PRINCIPALE INDICAZIONE TERAPEUTICA IN USA ANNO LEUKINE GM-CSF IMMUNEX TRAPIANTO MIDOLLO AUTOLOGO 1991 PROLEUKIN IL-2 CHIRON CARCINOMA RENALE 1992 RECOMBINATE FATTORE ANTIEMOFILIA GENETIC INSTITUTE EMOFILIA A KOGENATE FATTORE VIII MILES 1993 BETASERON INTERFERONE BETA 1-B SCLEROSI MULTIPLA PULMOZYME DNasi GENENTECH FIBROSI CISTICA NUTROPIN GH DEFICIENZA CRESCITA DA INSUFFICIENZA RENALE 1994 CEREZYME GLUCOCEREBROSIDASI GENZYME MALATTIA DI GAUCHER GONAL-F FSH SERONO INFERTILITA’ 1996

5 PROTEINE TERAPEUTICHE DI PRIMA GENERAZIONE
NOME COMMERCIALE PROTEINA TERAPEUTICA AZIENDA FARMACEUTICA PRINCIPALE INDICAZIONE TERAPEUTICA IN USA ANNO AVONEX INTERFERONE BETA 1a BIOGEN SCLEROSI MULTIPLA 1996 BENEFIX FATTORE IX GENETICS INSTITUTE EMOFILIA B 1997 INFERGEN INTERFERONE ALFACON-1 AMGEN EPATITE C 1997 NOVOSEVEN FATTORE VIIa NOVO NORDISK EMOFILIA A e B 1999 REFACTO FATTORE VIII GENETICS INSTITUTE EMOFILIA A 2000 ACTIMMUNE INTERFERONE GAMMA 1b INTERMUNE OSTEOPETROSI 2000

6 Le proteine terapeutiche oggi disponibili sono utilizzabili nella terapia di patologie quali:
Neoplasie (interferoni, anticorpi monoclonali Patologie cardiovascolari, fibrosi cistica, morbo di Gaucher (Enzimi, fattori ematici) Diabete (Insulina) Anemia (Eritropoietina) Emofilia (fattori ematici di coagulazione) Le terapie con proteine terapeutiche di maggiore utilizzo nel 2003 sono state: Johnson & Johnson Procrit trattamento per anemie Amgen Epogen trattamento anemia Schering-Plough: Intron A and Peg-Intron per il trattamento dell’epatite Oggi le classi terapeutiche più utilizzate sono: Eritropoietina Anticorpi monoclonali Interferoni

7 FARMACOCINETICA E FARMACODINAMICA
FARMACO LEGATO A PROTEINA ASSORBIMENTO DOSE DISTRIBUZIONE CONCENTRAZIONE PLASMATICA ELIMINAZIONE FARMACO LEGATO A TESSUTO CONCENTRAZIONE TISSUTALE METABOLISMO ED ESCREZIONE FARMACO NEL COMPARTIMENTO DI EFFETTO FARMACO LEGATO A RECETTORE/EFFETTORE EVENTI POST- RECETTORIALI EFFETTO BIOCHIMICO RISPOSTA FARMACOLOGICA

8 ASPETTI FARMACOCINETCI E FARMACODINAMICI
DI FARMACI PROTEICI O PEPTIDICI LA FARMACOCINETICA STUDIA LA CINETICA DEI PROCESSI RESPONSABILI DELLA VARIAZIONE TEMPORALE DEI LIVELLI DEI COMPOSTI ESOGENI NELL’ORGANISMO I PROCESSI SONO: ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE METABOLISMO ESCREZIONE IMPORTANZA DELLA RELAZIONE TRA ASPETTI FARMACOCINETICI E FARMACODINAMICI NELL’AZIONE DI UN FARMACO

9 VIA ORALE VIA PARENTERALE VIE ALTERNATIVE
SOMMINISTRAZIONE DI PROTEINE TERAPEUTICHE VIA ORALE VIA PARENTERALE VIE ALTERNATIVE ENDOVENOSA INTRAMUSCOLARE SOTTOCUTANEA INTRAPERITONEALE TRANSNASALE BUCCALE RETTALE TRANSDERMICA POLMONARE

10 VIA ORALE controindicata a causa di: A. ELEVATA DEGRADAZIONE
SOMMINISTRAZIONE DI PROTEINE TERAPEUTICHE VIA ORALE controindicata a causa di: A. ELEVATA DEGRADAZIONE B. SCARSO ASSORBIMENTO Endopeptidasi presenti a livello intestinale (pepsina, tripsina, chimotripsina, elastasi) Esopeptidasi (carbossipeptidasi A e B) Molecole di grande dimensioni Assenza di meccanismi di trasporto attivo

11 ECCEZIONE: VACCINI ORALI gruppo di cellule contenenti
le cui cellule bersaglio sono linfociti e antigen presenting cells (APC) presenti nelle PLACCHE DEL PAYER villi cellule M cellule epiteliali lume intestinale FOLLICOLO LINFOIDE: gruppo di cellule contenenti le cellule M disperse in cellule epiteliali centro germinale (area delle cellule B) parete intestinale

12 VIA PARENTERALE via d’elezione:
SOMMINISTRAZIONE DI PROTEINE TERAPEUTICHE VIA PARENTERALE via d’elezione: La scelta della via endovenosa,intramuscolare, sottocutanea e intraperitoneale dipende dall’emivita della proteina stessa e dalla concentrazione ematica necessaria per ottenere l’effetto farmacologico Es: l’emivita del TPA è di pochi minuti, mentre quella di un anticorpo monoclonale è di alcuni giorni

13 PER AUMENTARE L’EMIVITA
SOMMINISTRAZIONE DI PROTEINE TERAPEUTICHE PER AUMENTARE L’EMIVITA si possono operare modificazioni nella proteina (mutagenesi) si può passare dalla somministrazione per via i.v. a quella i.m. o s.c. tenendo conto che: 1. La prolungata residenza nel sito d’iniezione aumenta l’esposizione a reazioni di degradazione (es.”insulino-resistenza” di diabetici dovuta ad alte concentrazioni di peptidasi tissutali) 2. Dopo iniezione s.c. il farmaco può entrare nei capillari linfatici e non utilizzare il torrente circolatorio dando una differente biodisponibilità

14 SOMMINISTRAZIONE DI PROTEINE TERAPEUTICHE
VIE ALTERNATIVE: POLMONARE TRANSDERMICA TRANSNASALE Nel caso di una azione sistemica queste vie hanno limitata rilevanza, mentre possono essere valide qualora sia richiesta una azione locale. IMPORTANZA VIA NASALE

15 APPROCCI PER AUMENTARE ASSORBIMENTO
ASSORBIMENTO DI PROTEINE TERAPEUTICHE Aumento della resistenza contro la degradazione (attraverso modificazioni della struttura molecolare) Diminuzione attività peptidasica nel sito di assorbimento (attraverso l’uso di inibitori di proteasi) APPROCCI PER AUMENTARE ASSORBIMENTO Aumento tempo d’esposizione (con PEG-polietilenglicol) Aumento permeabilità delle barriere d’assorbimento (attraverso iontoforesi, uso liposomi, aggiunta di acidi grassi/fosfolipidi,acidi biliari, enamine derivate dalla fenilglicina, detergenti, derivati salicilici, ciclodestrine)

16 Approcci per il controllo della velocità di somministrazione
SISTEMI APERTI: POMPE MECCANICHE POMPE OSMOTICHE SISTEMI CHIUSI: COMBINAZIONI POMPE BIOSENSORI SISTEMI AUTOCALIBRANTI CELLULE SECRETORIE MICROINCAPSULATE

17 POMPE MECCANICHE SOMMINISTRAZIONE PULSATILE INFUSIONE CONTINUA
TEMPI FLESSIBILI Problemi: Controllo del flusso (erogazione corrente,flusso nell’ago, perdita liquido dal catetere…) 2. Stabilità del farmaco a lungo termine (il farmaco deve essere stabile a t°ambiente e a 37 C°) 3. Anche con le pompe più sofisticate è necessario raccogliere dati per aggiustare il flusso (questo implica la raccolta invasiva di fluidi corporei)

18 POMPE OSMOTICHE ESEMPIO DI MINIPOMPA OSMOTICA IMPIANTABILE SOTTOCUTANEA SOLUZIONE DI FARMACO USCENTE CAPPUCCIO RIMUOVIBILE MODERATORE DEL FLUSSO MEMBRANA SEMIPERMEABILE (DOVE ENTRA ACQUA) Problemi: Controllo del flusso (la velocità di rilascio è costante, condizione non sempre desiderabile) Stabilità del farmaco (la dispersione/soluzione di proteina deve essere stabile alla temperatura corporea) AGENTE OSMOTICO MEMBRANA IMPERMEABILE DEL RESERVOIR RESERVOIR

19 COMBINAZIONE POMPE-BIOSENSORI
BIOSISTEMA SISTEMA TERAPEUTICO EFFETTO TERAPEUTICO PROGRAMMA SEGNALE NEGATIVO DI FEEDBACK SENSORE FARMACO SISTEMA CONTROLLO DEL RILASCIO FLUSSO CONTROLLATO CONCENTRAZIONE DI FARMACO DESIDERATA NEL SITO TARGET APERTURA DEL RILASCIO SORGENTE D’ENERGIA Problemi: 1. Non sempre esiste una correlazione fra livelli plasmatici di proteina ed effetto terapeutico 2. Non è ancora possibile disegnare biosensori che lavorino “in vivo” per periodi prolungati 3. Il biosensore deve essere stabile, robusto e non dare reazioni istologiche

20 SISTEMI AUTOCALIBRANTI
il rilascio della proteina viene controllato da uno stimolo corporeo attraverso diverse strategie REAZIONI ENZIMA SUBSTRATO Sono basati sul cambiamento di pH quando il glucosio viene convertito in ac.gluconico. Il pH induce cambiamenti nei polimeri acido-sensitivi che iniziano così a rilasciare insulina. COMPETITIVE DESORPTION concavalinaA concavalinaA beads di sefarosio beads di sefarosio concavalinaA concavalinaA GLUCOSIO INSULINA

21 PRODOTTI DI SECREZIONE
CELLULE SECRETORIE MICROINCAPSULATE PORI DELLA MEMBRANA PRODOTTI DI SECREZIONE CELLULE NUTRIENTI E’ preferibile l’uso di una membrana che escluda le componenti umorali e cellulari del sistema immunitario per permettere alla cellule di vivere senza l’ausilio di agenti immunosuppressivi

22 SOMMINISTRAZIONE SITO-SPECIFICA
ANTICORPI MONOCLONALI UMANIZZATI ANTICORPI BISPECIFICI ANTICORPI CONIUGATI CON COMPOSTI ATTIVI LIPOSOMI

23 = BIODISTRIBUZIONE DI FARMACI PROTEICI
A CAUSA DELLE GRANDI DIMENSIONI DI UNA PROTEINA IL VOLUME APPARENTE DI DITRIBUZIONE E’ DI SOLITO RELATIVAMENTE PICCOLO = VOLUME INIZIALE DOPO I.V. VOLUME TOTALE DEL PLASMA O APPENA MAGGIORE E’ IL DOPPIO O MENO DEL DOPPIO DEL VOLUME TOTALE DI DISTRIBUZIONE VOLUME INIZIALE DI DISTRIBUZIONE

24 BIODISTRIBUZIONE DI FARMACI PROTEICI
A differenza dei farmaci sintetici, per i quali lo studio della biodistribuzione è necessario per evitare l’accumulo di metaboliti tossici in particolari tessuti, la biodistribuzione di proteine terapeutiche indica solo l’avvenuta distribuzione del farmaco in un particolare tessuto, dato che gli aminoacidi della proteina possono essere riutilizzati La misurazione della biodistribuzione viene effettuata con farmaci marcati (presenza di tirosine e lisine) La difficoltà nell’eseguire studi di biodistribuzione impone di utilizzare l’intensità e la durata dell’effetto farmacologico come prova e misura dei livelli di un farmaco in un particolare tessuto

25 BIODISTRIBUZIONE DI FARMACI PROTEICI
SANGUE La biodistribuzione nei vasi linfatici dopo iniezione s.c. rappresenta l’unico meccanismo di trasporto per macromolecole, che raggiungono il torrente circolatorio indirettamente attraverso il sistema linfatico: composti con P.M. maggiore di 16kD vengono assorbiti dai vasi linfatici, mentre i composti inferiori a 1kD non vi penetrano quasi per nulla FARMACO A BASSO P.M. DRUG SITO D’INIEZIONE FARMACO AD ALTO P.M. LINFA

26 ELIMINAZIONE DI FARMACI PROTEICI
1. PROTEOLISI 2. ESCREZIONE E METABOLISMO RENALE 3. METABOLISMO EPATICO 4. ELIMINAZIONE RECETTORE-MEDIATA AD OPERA DI ALTRE CELLULE

27 ELIMINAZIONE RENALE DI PROTEINE
Solo per piccole proteine (P.M.<68kD,raggio>20nm) La clearance renale è più alta per molecole caricate positivamente rispetto a quelle caricate negativamente Dopo la filtrazione glomerulare le proteine possono essere riassorbite dal tubulo prossimale tramite endocitosi e,una volta idrolizzate nelle cellule ad amminoacidi, ritornare nel circolo sistemico. Tubulo Prossimale Tubulo Distale Angiotensina Bradichinina Glomerulo Filtrato Glomerulare Lume Proteine Lisosomi Recettore IL-2 Insulina Calcitonina Ormone paratiroideo vasopressina Non mediato proteine aminoacidi proteine Vaso Peritubulare

28 METABOLISMO EPATICO Endocitosi mediata da recettore (per insulina ed EGF) Trasporto energia-dipendente (per peptidi di dimensioni più elevate) Proteine correlate al recettore per LDL- LRP (per t-PA, u-PA, trombospondina) Diffusione passiva (solo per piccole proteine molto idrofobiche quali ciclosporina e peptidi ciclici) Recettori che legano gli zuccheri (per glicoproteine)

29 METABOLISMO EPATICO La velocità di eliminazione intra-epatocita dipende dalla sequenza proteica e dalla presenza di siti di riconoscimento di endopeptidasi Proteine a vita media elevata sono degradate in lisosomi Gli oligopeptidi risultanti dall’attacco di endopeptidasi sono ulteriormente degradati da esopeptidasi e poi rientrano nel pool metabolico cellulare

30 ELIMINAZIONE RECETTORE-MEDIATA AD OPERA DI ALTRE CELLULE
M-CFS viene eliminato dai reni quando è presente in elevate quantità: a concentrazioni minori viene captato dai macrofagi con un meccanismo recettore mediato saturabile G-CSF e un suo derivato (nartograstima) sono captati dal midollo osseo attraverso un processo saturabile recettore mediato

31 PROTEINE DI LEGAME PLASMATICHE Riportate per IGF-I, IGF-II,
t-PA, GH, Dnase,NGF… Il legame di proteine terapeutiche a proteine circolanti nel plasma rende particolarmente complesse le cinetiche di distribuzione ed eliminazione

32 ASPETTI FARMACODINAMICI DI FARMACI PROTEICI
La costruzione di curve DOSE-RISPOSTA è particolarmente utile nella sperimentazione di fase II dato che aiuta a scegliere la dose ottimale per la fase III Si ritiene che i farmaci biotecnologici manifestino talora una curva dose-risposta a campana

33 SCALING INTERSPECIE Le tecniche per la predizione di parametri farmacocinetici in una specie da dati derivanti da una specie diversa usando equazioni allometriche permettono di stimare il range di dosi da studiare, anche se non possono sostituire gli studi stessi. P= a.Wb P: parametro farmacocinetico W: peso corporeo a: coefficiente allometrico b: esponente allometrico

34 IMMUNOGENICITA’ LA FORMAZIONE DI ANTICORPI AVVIENE IN GENERE DOPO
SOMMINISTRAZIONE CRONICA DI PROTEINE TERAPEUTICHE Gli anticorpi possono neutralizzare l’attività biologica della proteina e possono modificarne la farmacocinetica e farmacodinamica La risposta immunitaria viene di solito indotta quando la proteina è estranea all’ospite: inoltre le iniezioni extravascolari stimolano maggiormente la produzione di anticorpi rispetto alla somministrazione per endovena

35 FORMULAZIONE DI PROTEINE/PEPTIDI TERAPEUTICI
1.STERILITA’: la produzione deve essere fatta in condizioni di sterilità per l’impossibilità di utilizzare sistemi di sterilizzazione quali radiazioni ionizzanti, gas e calore 2.DECONTAMINAZIONE VIRALE: analisi dei m.o. e cellule deputate alla produzione. Rischio nell’utilizzo di eccipienti derivati ematici (albumina)

36 STRUTTURA DI UNA ENDOTOSSINA
3. RIMOZIONE PIROGENI: generalmente derivanti da batteri, funghi, virus che contaminano la preparazione (endotossine da Gram negativi quali LPS). In genere sono caratterizzati da carica negativa elevata. Stabili in condizioni standard di sterilizzazione in autoclave, vengono distrutti in presenza di temperature elevate a secco (>250° per 30 min.) STRUTTURA DI UNA ENDOTOSSINA fosfato Acido grasso lipideA core catena antigenica lipopolisaccaride zucchero n

37 ECCIPIENTI USATI NELLA FORMULAZIONE DI PRODOTTI BIOTECNOLOGICI
AGENTI SOLUBILIZZANTI AGENTI ANTIAGGREGANTI AGENTI PER IL MANTENIMENTO DEL pH CONSERVANTI ED ANTIOSSIDANTI AGENTI OSMOTICI TAMPONI CARRIERS

38 Superficie idrofobica
CONSERVANTI ED ANTIOSSIDANTI Per il blocco dell’ossidazione di metionina, cisteina, triptofano, tirosina e istidina in genere l’ossigeno viene sostituito con un gas inerte o tramite l’aggiunta di ascorbato. AGENTI ANTIAGGREGANTI Sono necessari per ridurre l’assorbimento della proteina terapeutica alle superfici della fiala, siringa, ago…. Es.assorbimento insulina su superficie idrofobica Superficie idrofobica cristalli monomeri aggregati insolubili

39 AGENTI SOLUBILIZZANTI
Bloccano l’aggregazione di proteine, soprattutto non glicosilate e ne evitano la precipitazione limitando interazioni idrofobiche e/o elettrostatiche. Il pH ha notevole importanza nel mantenimento del prodotto in soluzione: l’aggiunta di aminoacidi come lisina o arginina o di surfattanti come sodiododecilfosfato possono aumentare la solubilità. ARGININA-FOSFATO SOLUBILITA’ Es.Effetto della concentrazione di arginina sulla solubilità del TPA AGENTI OSMOTICI Si tratta di soluzioni saline e di mono/disaccaridi. Possono influenzare la termostabilità della proteina.

40 AGENTI PER IL MANTENIMENTO DEL pH
Tamponi usati per la formulazione di prodotti biotecnologici sono di solito fosfato, acetato, citrato hGH mg/ml Es. Solubilità del GH in funzione della variazione di pH pH 4 5

41 SOLUZIONE ACQUOSA TAVOLETTE FORME LIOFILIZZATE
CONSERVAZIONE DELLE PROTEINE TERAPEUTICHE SOLUZIONE ACQUOSA TAVOLETTE FORME LIOFILIZZATE

42 BIBLIOGRAFIA Wierda et al.”Immunogenicity of biopharmaceuticals in laboratory animals, Toxicology,(158)71-74,2001 Bickel et al.”Delivery of peptides and proteins through the blood-brain barrier”,Advanced Drug Delivery Reviews,(46)247-79,2001 Stoll et al.”A mechanistic analysis of carried-mediated oral delivery of protein therapeutics”,Journal of Controlled Release,(64)217-28,2000 Stayton et al.”Molecular engineering of proteins and polymers for targeting and intracellular delivery of therapeutics”, Journal of Controlled Release,(65) ,2000 Yang et al.”Effect of zinc binding and precipitation on structures of recombinant human GH and NGF”,Journal of Pharmaceutical Sciences, (89)1480-5,2000 Witschi et al.”In vitro evaluation of microparticles and polymer gels for use as nasal platforms for protein delivery”,Pharmaceuticals Research,(16)382-90,1999


Scaricare ppt "CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO"

Presentazioni simili


Annunci Google