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IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi Lo sviluppo di un farmaco: dal laboratorio al mercato.

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Presentazione sul tema: "IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi Lo sviluppo di un farmaco: dal laboratorio al mercato."— Transcript della presentazione:

1 IUSS Dr. A. Orlandi Lo sviluppo di un farmaco: dal laboratorio al mercato

2 IUSS Dr. A. Orlandi Fasi dello sviluppo di un farmaco Drug discovery Targets & receptors Small molecules drugs Large molecules Drug development Farmacodinamica Farmacocinetica Tossicologia Sviluppo chimico Sviluppo farmaceutico Sviluppo analitico cGLP compliance Clinical Trials Studi clinici cGCP compliance Produzione cGMP compliance Immissione in commercio Requisiti regolatori

3 IUSS Dr. A. Orlandi Discovery di piccole molecole (MW< 500 Da) Rational approach Determinazione della struttura del recettore con RX e/o NMR Chimica computazionale e bioinformatica per determinare struttura di molecole che si leghino al sito attivo del recettore Sintesi di molecole con chimica combinatoriale e test con HTS

4 IUSS Dr. A. Orlandi Esempio Zanamivir (Relenza, GSK); Oseltamivir (Tamiflu, Roche) La superficie dei virus ha due tipi di protuberanze che chimicamente corrispondono a neuraminidasi e emaglutinina. Con l emaglutinina il virus si attacca alla parete cellulare umana (acido sialico) Con la neuraminidasi il virus idrolizza il legame tra l emaglutinina e l acido sialico permettendo il propogarsi dell infezione Entrambe sono soggette a mutazioni, eccetto una parte della neuraminidasi Attraverso i RX si è a conoscenza della struttura della parte non mutagena Con la chimica computazionale si sono messe a punto strutture in grado di adattarsi al sito non mutante e di cambiarne la conformazione in modo da impedire l azione idrolitica, bloccando il propagarsi dell infezione

5 IUSS Dr. A. Orlandi Bioinformatica Uso dell Information Technology per la gestione di dati biologici Applicazione iniziata negli anni 80 per la gestione delle sequenze di DNA che al tempo erano note; attualmente Human Genome Project impiega terabites di capacità per conservare la sequenza del DNA Principali applicazioni: Sequenze di DNA sono paragonate per prevedere le proteine generate Determinazione di funzione e struttura delle proteine Predire l interazione tra il farmaco ed il sito attivo

6 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica computazionale Metodo in silico per determinare la SAR (Structure Activity Relationship) tra il recettore ed il legante SAR= f(legame proteina/legante, cambiamenti conformazionali) Obiettivo: selezionare virtualmente molecole adeguate all interazione con un recettore noto Metodo: algoritmo genetico (survival for the fittest) che seleziona e promuove ad ottimizzazione solo le molecole con la migliore interazione con il recettore – docking simulation

7 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica computazionale Docking simulation - Sistema di valutazione per calcolare la qualità dell interazione recettore/legante. - Vari algoritmi per stimare l affinità dell interazione - Es. G=T S rt +n r E r + n x E x dove G= energia libera di legame T S rt = perdita di entropia rotazionale e traslazionale per effetto del legame n r = numero dei gradi di libertà conformazionali n x = numero dei gruppi funzionali nel legante E x = energia di legame associata ad ogni gruppo funzionale

8 IUSS Dr. A. Orlandi Riassumendo Database virtuale Struttura del recettore disponibile Docking simulations Scoring functions

9 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica combinatoriale Tecnica che permette di sintetizzare una grande varietà di composti attraverso la combinazione di componenti di partenza (building blocks) selezionati attraverso la chimica computazionale. Si comincia da un struttura di partenza (scaffold) a cui sono aggiunti leganti diversi. I composti sono separati utilizzando HTS Approcci possibili: - Sintesi parallela - Split and mix - Tea bag method - Toposynthesis (spatially adressable): photolithographic, multipin

10 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica combinatoriale Sintesi parallela Dove: A 1,6= ammine attaccate a supporti solidi (polistirene) B 1,9= acidi carbossilici 54 nuovi composti ottenuti A6 B9 A6 B8 A6 B7 A6 B6 A6 B5 A6 B4 A6 B3 A6 B2 A6 B1 A5 B9 A5 B8 A5 B7 A5 B6 A5 B5 A5 B4 A5 B3 A5 B2 A5 B1 A4 B9 A4 B8 A4 B7 A4 B6 A4 B5 A4 B4 A4 B3 A4 B2 A4 B1 A3 B9 A3 B8 A3 B7 A3 B6 A3 B5 A3 B4 A3 B3 A3 B2 A3 B1 A2 B9 A2 B8 A2 B7 A2 B6 A2 B5 A2 B4 A2 B3 A2 B2 A2 B1 A1 B9 A1 B8 A1 B7 A1 B6 A1 B5 A1 B4 A1 B3 A1 B2 A1 B1

11 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica combinatoriale Split and mix 1. Le ammine si legano ai supporti in polistirene 2. Sono riunite in un unico contenitore 3. Poi separate in contenitori diversi a cui si aggiungono gli acidi carbossilici, uno per contenitore

12 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica combinatoriale

13 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica combinatoriale

14 IUSS Dr. A. Orlandi Chimica combinatoriale multi pin

15 IUSS Dr. A. Orlandi Photolythographic aproach

16 IUSS Dr. A. Orlandi Esempio Imanitib Mesilato (Gleevec, Novartis) per il trattamento della leucemia mieloide cronica (CML) Nella malattia è coinvolto l enzima BCR-ABL che codifica una proteina con elevata attività chinasica Il lead compound è un inibitore della chinasi B; è stato identificato attraverso la chimica combinatoriale

17 IUSS Dr. A. Orlandi Esempi

18 IUSS Dr. A. Orlandi Antisense approach DNAmRNAProteina Scopo dell approccio antisense è identificare i geni che sono coinvolti nella patologia per impedirne l espressione

19 IUSS Dr. A. Orlandi Antisense approach Problematiche: - Permeabilità: la molecola deve raggiungere il nucleo o il citoplasma della cellula - Specificità: gli oligonucleotidi si devono legare alla giusta sequenza - Effetti collaterali: non si devono registrare tossicità

20 IUSS Dr. A. Orlandi Esempi Oblimersen (Gena) per bloccare la sovra espressione di BCL-2 (B Cell Lymphoma protein 2) in pazienti affetti da linfoma a vantaggio della migliore efficacia delle terapie standard Fomivirsen (Isis Pharmac.) per trattare la retinite in pazienti affetti da AIDS; 21 oligonucleotidi che si legano al mRNA del citomegalovirus bloccando il processo di traduzione

21 IUSS Dr. A. Orlandi Fasi dello sviluppo di un farmaco Drug discovery Targets & receptors Small molecules drugs Large molecules Drug development Farmacodinamica Farmacocinetica Tossicologia Sviluppo chimico Sviluppo farmaceutico Sviluppo analitico cGLP compliance Clinical Trials Studi clinici cGCP compliance Produzione cGMP compliance Immissione in commercio Requisiti regolatori

22 IUSS Dr. A. Orlandi Discovery di grandi molecole (biopharmaceuticals) Settore in grande crescita, farmaci più potenti e specifici Applicazioni:- Profilassi (vaccini) - Terapeutica (anticorpi) - Terapia sostitutiva (ormoni, fattori di crescita)

23 IUSS Dr. A. Orlandi Discovery di grandi molecole (biopharmaceuticals) Vaccini Anticorpi Citochine Ormoni Terapia genetica Cellule staminali

24 IUSS Dr. A. Orlandi Vaccini Vaccini attenuati Il patogeno è trattato chimicamente (temperatura) o cresciuto in specie diverse da quelle naturali (passaging) Vantaggi: Bassi costi produzione Conferiscono immunità Normalmente una singola dose è sufficiente Svantaggi: Possibilità di ritornare a stato virulento Limitata shelf life

25 IUSS Dr. A. Orlandi Vaccini Vaccini disattivati (colera, Epatite A, pertosse, tifo) Il patogeno è trattato chimicamente (fenoli, formaldeide, acetone) o irradiato e diventa inattivo Vantaggi: Non ritorna allo stato virulento Shelf life stabile Svantaggi: Costi di produzione più alti Maggiori controlli per assicurare la completa in attivazione Possibilità di risposta immunologica attenuata; più somministrazioni Toxoidi (difterite, tetano) Derivato dalle tossine secrete dal patogeno

26 IUSS Dr. A. Orlandi Vaccini - Nuovi approcci Disaccoppiare la funzione immunologica da quella virulenta Sub-unità (si utilizza solo una parte del patogeno) Dalla conoscenza degli ORFs (Open Reading Frames) del genoma del patogeno si individuano le sequenze che codificano gli epitopi (gruppi chimici che sono antigeni), responsabili della risposta immunitaria ORFs sono clonati per esprimere gli epitopi, dopo tests di laboratorio i candidati sono iniettati negli animali per verificare la risposta immunitaria I migliori sono ottimizzati e sottoposti a tests clinico

27 IUSS Dr. A. Orlandi Vaccini - Nuovi approcci Vector based: batteri e virus sono privati di tossicità ed utilizzati per trasportare sub-unità Canarypox (virus aviario) per trasportare gli epitopi per il trattamento HIV Vaccini nucleici Si iniettano geni del virus con sequenze che codificano gli antigeni. La cellula ospite codifica gli antigeni che attivano la risposta immunitaria Vaccini peptidici (peptido-mimetici, mimano gli epitopi) 8-24 aminoacidi che mimano la conformazione dell epitopo e sono riconosciuti dal sistema immunitario


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