III. LE PIETRE MILIARI DELLA TECNOLOGIA DELLA SALUTE E DELLA MEDICINA III.1. Trattamento del dolore e dell’infiammazione Morfina Usata sin dall’inizio dell’800 per diminuire la sensibilizzazione del dolore, la morfina veniva estratta dall’oppio allo stato naturale. Negli anni ’20 il farmacista ungherese Janos Kabay rivoluzionò la produzione della morfina mediante l’estrazione non solo dalle cime del papavero non fiorito, ma anche dal fusto del papavero essiccato. La sua struttura chimica è stata studiata nel 1923 al fine di sintetizzare un potente analgesico privo di effetti collaterali quali la dipendenza e la depressione respiratoria. Capire il meccanismo d’azione dell’estratto naturale sul corpo umano ha permesso lo sviluppo della versione sintetica della morfina e la successiva creazione di farmaci più sicuri, come la nalorfina ed il naloxone nel 1961. La tomba di Janos Kabay a Budapest, Ungheria Aspirina Nel 1890 l’acido salicilico iniziò ad essere prodotto come alternativa economica ed efficace nel trattamento dell’artrite reumatoide, nonostante i suoi fastidiosi effetti collaterali (nausea, catarro gastrico). L’acido acetilsalicilico (o aspirina) viene sintetizzata nel 1897 dal chimico tedesco Felix Hoffmann alla Bayer e testato farmacologicamente da Heinrich Dreser. La sua produzione iniziò nel 1899 e le prime compresse vennero vendute nel 1900. L’aspirina divenne presto popolare per i minori effetti collaterali rispetto all’acido salicilico. L’aspirina, la prima medicina ad essere prodotta a livello industriale, viene ancora oggi prodotta in grandi quantità. L’aspirina fu impiegata principalmente come farmaco per l’emicrania fino alla metà degli anni ’80, quando vennero scoperti i suoi effetti benefici nella prevenzione dell’infarto del miocardio. Acido acetilsalicilico Cortisone Negli anni ’40, studi sulla corteccia della ghiandola surrenale hanno permesso di identificare alcuni ormoni naturali (chiamati anche steroidi) come agenti con proprietà antinfiammatorie. Il cortisone, isolato dalla sua fonte naturale nel 1936, venne più tardi sintetizzato dall’americano Lewis Hastings Sarett nel 1984. Nell’anno successivo per i suoi miracolosi effetti nell’artrite reumatoide venne prodotto per la commercializzazione già nell’anno successivo. Ulteriori studi clinici mostrarono però che non era efficace nella cura dell’artrite causando seri effetti collaterali, tuttavia trovò ampio utilizzo nel trattamento dell’asma e delle allergie. Studi sugli steroidi di sintesi portarono alla creazione di migliori agenti antinfiammatori con minori effetti collaterali come prednisone, prednisolone e dexametasone. Lewis Hastings Sarett Malformazioni dovute all’infiammazione articolare

III. LE PIETRE MILIARI DELLA TECNOLOGIA DELLA SALUTE E DELLA MEDICINA III.2. Farmaci psicoterapici Clorpromazina La clorpromazina (Thorazine, Hibernal) venne inizialmente usata nel trattamento della schizofrenia nel 1954, anche se originariamente fu creato come antiallergico antistaminico. Questa nuova terapia si dimostrò radicalmente efficace ed aprì la strada alle moderne terapie antipsicotiche. Il controllo delle malattie mentali con i farmaci ben presto sostituisce le precedenti metodologie di trattamento, come l’elettroshock, lo shock insulinico, la lobotomia prefrontale (trattamento chirurgico che disconnette gli emisferi prefrontali) e diminuisce il tasso di ricoveri a livello mondiale. Più tardi la ricerca chiarisce il meccanismo farmacologico della clorpromazina che servirà come base per lo sviluppo di molti altri farmaci antipsicotici, come Aloperidolo e Olanzapina. Immagini dal film: One flew over the Cuckoo’s Nest (1975) (Qualcuno volò sul nido del cuculo), che porta all’attenzione del pubblico gli effetti disastrosi delle malattie mentali Antidepressivi Triciclici Nel 1958, uno studio clinico sull’Imipramina, un farmaco inizialmente sviluppato come antipsicotico, rivela le sue proprietà antidepressive. Terapeuticamente agisce influenzando l’attività dei neurotrasmettitori (gli agenti che trasmettono gli stimoli) nel cervello. I numerosi farmaci che furono sviluppati in questa classe diventarono conosciuti con il nome collettivo di antidepressivi “triciclici”. Gli antidepressivi triciclici divennero ben presto la terapia standard per questa malattia disabilitante. L’inizio della depressione a causa del lavoro Benzodiazepine Nel 1959, il Clordiazepossido (Librium) dà vita ad una nuova classe di forti ansiolitici, le benzodiazepine. Questi farmaci ed i successivi derivati sostituiscono rapidamente i barbiturici ed il Meprobamato, un precursore ansiolitico moderatamente efficace scoperto nel 1950, e vengono considerati come i farmaci più efficaci di questa era. L’alta tolleranza e sicurezza delle benzodiazepine diventarono efficaci come agenti ipnotici, rilassanti muscolari così come nel trattamento dell’epilessia.  Neurotrasmettitori nel cervello

III. LE PIETRE MILIARI DELLA TECNOLOGIA DELLA SALUTE E DELLA MEDICINA III.3. Ormoni e regolatori ormonali Insulina L’insulina, un ormone proteico prodotto da speciali cellule del pancreas, controlla i livelli di zucchero nel corpo (glucosio). La carenza di insulina porta allo sviluppo del diabete di tipo 1, una malattia considerata mortale fino ai primi anni ’20. Nel 1921 due giovani dottori canadesi, Frederick Banting e Charles H. Best, isolarono dal pancreas bovino e purificarono un nuovo estratto iniettabile. Il loro primo paziente fu un quattordicenne in fin di vita, che fu dimesso dall’ospedale dopo poche settimane. L’insulina venne prodotta dal pancreas bovino dall’azienda Ely Lilly and Company nel 1922. La prima insulina di origine umana ottenuta usando le tecnica del DNA ricombinante venne prodotta nel 1982. Frederick Banting e Charles H. Best in un dipinto Testosterone Il testosterone è responsabile dello sviluppo degli organi sessuali maschili e dei caratteri sessuali secondari. E’ un ormone steroideo, strutturalmente simile al colesterolo. Il testosterone fu inizialmente sintetizzato dal colesterolo nel 1935 per trattare le malattie da insufficienze ormonali. Il testosterone può essere prodotto attraverso la modificazione chimica e microbiologica di materiali perfettamente disponibili in natura. Progestinici, Estrogeni e contraccettivi orali Negli anni ’30, due ormoni femminili sono stati isolati e prodotti da fonti naturali, le urine delle donne incinte e le radici dolci messicane. Si scoprì che i progestinici (progesterone, ormone luteo) erano in grado di mantenere la gestazione, e gli estrogeni (ormoni follicolari) in grado di intervenire nel ciclo mestruale. Negli anni ’50, venne creata la versione sintetica di questi ormoni e vennero studiati i loro effetti sul concepimento e la gestazione nell’ uomo. Le loro eccellenti qualità come contraccettivi hanno portato alla creazione di contraccettivi orali (pillole per il controllo delle nascite) per le donne. L’Enovid, commercializzato negli USA nel 1960, è stata la prima pillola a contenere una combinazione di estrogeni e progestinici al fine di ottenere la massima efficacia. III.4. Agenti gastro-intestinali Evoluzione della terapia dell’ulcera Nel 1972, James Black, un farmacologo scozzese, ed i suoi colleghi alla Smith, Kline & French, definisce le cause della sovrapproduzione di secrezione acida dello stomaco. Questo tipo di ricerca farmaceutica è ora conosciuta come “rational drug design” (progetto di farmaci razionali). Nel 1976 fu prodotto il farmaco Cimetidina (Tagamet) che inibisce la secrezione acida gastrica con effetti collaterali minimi e fu ampiamente usato per il trattamento delle ulcere gastriche, così da diminuire drasticamente il ricorso agli interventi chirurgici. Il Tagamet ben presto divenne il farmaco più frequentemente prescritto.

III. TECHNOLOGY MILESTONES IN HEALTH AND MEDICINE III.5. Test medici e diagnostici nelle malattie Tecnologie mediche nel campo della diagnostica medica per immagini Strumenti come i macchinari per i raggi X e gli scanner per la MRI (risonanza magnetica per immagine), ritenuti rivoluzionari al momento della loro scoperta, sono ora usati abitualmente nella diagnosi e nell’assistenza medica. Wilhelm Konrad Roentgen, il fisico tedesco che scoprì i raggi X nel 1895, fu il primo a fornire un’immagine delle ossa della mano di sua moglie. Nel 1900, tutti i più grandi ospedali possedevano uno strumento per i raggi X. La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) venne usata per la determinazione delle strutture chimiche negli anni ’70 e gli scanner per la Risonanza Magnetica per Immagine (MRI) vennero approvati per l’uso umano nel 1985. Gli agenti chimici di contrasto e le pellicole speciali ad emulsione migliorano il valore diagnostico dei raggi X, delle ecografie CT (immagini tridimensionali ai raggi X, tomografia computerizzata) e della MRI e delle immagini ad ultra suoni. La mano trans-illuminata della Sig.ra Roentgen Isotopi medicaliIsotopi medicali La diagnostica per immagini ha ricevuto grande supporto dall’uso di isotopi medicali per determinare la funzionalità degli organi interni, continuando il lavoro pioneristico di George Hevesy, il Nobel ungherese (1943). Nel 1935 Hevesy determinò il meccanismo del metabolismo del fosforo usando nuclidi radioattivi. I composti vengono marcati con isotopi radioattivi (come il tecnezio-99m ed il tallio-201) o radio opachi (come i composti del bario e dello iodio). I composti radio marcati possono essere poi tracciati nel corpo mediante fotocamere a rilevamento gamma che forniscono immagini utili degli organi nei quali sono stati trasportati. L’applicazione diagnostica degli isotopi medicali include l’identificazione di tumori, la diagnosi di malattie epatiche ed i test sotto sforzo per la funzione cardiaca. Sviluppo di esami chimici Oggi, siamo in grado di determinare le condizioni mediche studiando marcatori di malattia o farmaci residui che possono essere individuati nel sangue, nelle urine, nelle feci, nella saliva e nel sudore. I test di laboratorio, i sofisticati strumenti analitici supportati dai computer e i test a casa sono tutti in grado di misurare importanti reazioni chimiche. All’inizio del diciannovesimo secolo, le diagnosi si basavano sull’osservazione di sintomi clinici; se il paziente rispondeva positivamente ad un trattamento specifico per la malattia significava che il paziente era affetto dalla malattia. I test diagnostici iniziarono nel 1882 quando Paul Ehrlich osservò che solo la presenza del bacillo tifoide (accertato in alcuni morti) poteva provare la diagnosi di febbre tifoide. Prima, la diagnosi si basava sul colore della pelle del paziente. Evoluzione nel monitoraggio individuale La semplificazione dei kit per i test a casa facilita il monitoraggio individuale della salute nell’uomo. In passato i pazienti diabetici dovevano recarsi presso un laboratorio di analisi per la determinazione dello zucchero nelle urine. Nel 1941 i laboratori Miles introdussero il primo test a casa per la presenza di zucchero nelle urine. Sebbene difficili da sviluppare, i cosiddetti test “immergi e leggi” per le urine vennero introdotti nel 1956. Negli anni ’60 venne messo in commercio il primo misuratore portatile a batteria per la valutazione della glicemia nel sangue con l’impiego di stiks chimici in grado di rilevare il glucosio. Migliorando notevolmente la qualità di vita dei pazienti diabetici. Negli anni ’70 e ’80, vennero introdotti kit diagnostici ad uso domestico per il sangue fecale occulto, l’ovulazione, la gravidanza e lo streptococco.

III. LE PIETRE MILIARI DELLA TECNOLOGIA DELLA SALUTE E DELLA MEDICINA III.6. Farmaci antinfettivi Salvarsan e Prontosil Paul Ehrlich, il batteriologo tedesco, studiò i composti dell’arsenico per le loro proprietà antibatteriche ed inventò il Salvarsan nel 1909 come trattamento efficace nella cura della sifilide, malattia mortale a trasmissione sessuale. Questa stessa strategia è stata poi seguita da altri ricercatori per trovare composti attivi in grado di combattere le malattie infettive. Il primo farmaco sulfamidico, Prontosil, inizialmente usato come colorante tessile, durante una ricerca chimica venne scoperto nel 1932 come farmaco antibatterico in grado di curare l’infezione mortale da streptococco, causa comune di polmonite cronica. Questa scoperta fu considerata importante e il biochimico tedesco Gerhard Domagk ricevette il premio Nobel per la medicina nel 1939. L’agente antibatterico attivo del Prontosil fu identificato in un secondo tempo come una sulfanilammide. Molti altri antibiotici sono stati poi concepiti a partire da questo agente, inclusa la Sulfopiridina nel 1938. Negli anni ’40 i farmaci sulfamidici sono risultati essere efficaci nel ridurre i livelli di mortalità per polmonite lobare, salvando milioni di vite. La loro importanza diminuì solo nell’era della Penicillina. Streptococco Gerhard Domagk Prontosil Penicillina Nel 1928, il batteriologo scozzese Alexander Fleming, scoprì una sostanza potente in grado di uccidere i batteri, che successivamente isolò da una muffa naturale (Penicillium notatum). La Penicillina, un farmaco a base di questa sostanza naturale, venne creato nel 1943, nel corso di un progetto sviluppato nel periodo della guerra; questo ridusse drammaticamente le infezioni e le conseguenti amputazioni tra i soldati feriti negli eserciti Americano e Inglese durante la Seconda Guerra Mondiale. La Penicillina naturale era cara e difficilmente reperibile così veniva recuperata dall’urina dei pazienti in trattamento. Di conseguenza i chimici tentarono nuove metodologie di sintesi: creare artificialmente la sostanza naturale con cui veniva prodotto il farmaco. La struttura chimica della Penicillina fu determinata negli anni ’40 dalla ricercatrice inglese Dorothy Crowfoot, rendendo possibile la sua sintesi. A partire da 1957, numerose industrie farmaceutiche iniziarono a sintetizzare e commercializzare questo farmaco. Il loro successo segnò l’inizio dell’ era moderna della terapia antibiotica. Alexander Fleming Penicillium notatum Zidovudina (AZT) La Zidovudina (AZT) venne approvata negli Stati Uniti nel 1987 per il trattamento del Virus dell’Immunodeficienza Umana (HIV). Questo farmaco fu sintetizzato per la prima volta nel 1964 ma risultò inefficace come chemioterapico anticancro. Rimase inutilizzato fino al 1986, anno in cui fu scoperta la sua attività anti retrovirus da un gruppo di ricerca americano. L’AZT ed i farmaci nucleosidici correlati inibiscono la replicazione virale agendo su specifici enzimi virali. A causa del rapido sviluppo di una resistenza a questi farmaci dell’ HIV, inizialmente dimostrata con l’AZT, la terapia mono farmaco non ha potuto più essere utilizzata nel trattamento dell’ infezione da HIV. Zidovudine crystals Zidovudine

III. LE PIETRE MILIARI DELLA TECNOLOGIA DELLA SALUTE E DELLA MEDICINA III.7. Terapia Cardiovascolare Regolazione del battito cardiaco La capacità dell’anestetico locale Procaina nel regolare il battito cardiaco (anche detta attività antiaritmica) fu scoperta negli anni ’30. Questo tipo di trattamento farmaceutico è piuttosto complesso e può essere assai difficile poichè i farmaci antiaritmici possono anche causare aritmie in certe condizioni. La Procaina rappresenta il primo di numerosi farmaci approvati per questo uso. La Procaina blocca le proteine della membrana della cellula conosciute come canali del calcio. La Procaina è stata poi seguita da numerosi altri farmaci, inclusi i beta-bloccanti e gli antagonisti dei canali del calcio e del potassio. Trattamento dell’infarto I glicosidi della Digitale, un gruppo di composti che si trovano in un gran numero di piante, sono stati usati nel trattamento dell’infarto per secoli. Dopo che la ricerca ha identificato il processo per aumentare la forza di contrazione cardiaca, la Digossina veniva estratta dalle radici della digitale greca (Digitalis lanata) ed approvata nel 1954 per il trattamento della fibrillazione atriale e l’insufficienza cardiaca congestizia. E’ stato inoltre casualmente scoperto che anche i farmaci anti ipertensivi possono essere utilizzati per il trattamento dell’infarto cardiaco. Distruzione dei coaguli nel sangue L’eparina, un prodotto naturale isolato dal fegato animale, venne inizialmente usata per prevenire le trombosi (coagulazione di sangue) durante una trasfusione di sangue nel 1935 e divenne ben presto l’anticoagulante più usato (anche detto diluente sanguigno). Essa inoltre previene la formazione di coaguli durante gli interventi cardiaci e arteriali. Il Warfarin (Coumadin) un anticoagulante orale che previene gli ictus e cura gli infarti del miocardio e le trombosi, venne approvato nel 1955. Durante gli anni ’70, fu inoltre scoperto che i coaguli formati possono essere trattati con i trombolitici. L’utilizzo dell’attività enzimatica per dissolvere i coaguli di sangue permise l’impiego della urochinasi (1977), della streptochinasi (1978) e dell’attivatore del plasminogeno tissutale ricombinante geneticamente, tPA (1987). Controllo dei livelli di colesterolo nel sangue La formazione di depositi di colesterolo nelle arterie (arterioschlerosi) è una della cause maggiori delle malattie coronariche e degli ictus. La Lovastatina (Mevacor) che controlla i livelli di colesterolo nel sangue (attività ipolimepidemica) inibendo l’attività di un enzima critico per la sua conversione in mevalonato, un precursore nella biosintesi del colesterolo, venne approvata nel 1987. I successivi e più potenti farmaci, come la Simvastativa e la Atorvastatina hanno rivoluzionato il trattamento degli alti livelli di lipidi nel sangue (iperlipidemia) in quanto altamente efficaci e ben tollerati. Arterioschlerosis

III. LE PIETRE MILIARI DELLA TECNOLOGIA DELLA SALUTE E DELLA MEDICINA III.8. Chemioterapia contro il cancro Evoluzione della chemioterapia nella cura del cancro L’uso di sostanze chimiche per curare il cancro (chemioterapia contro il cancro) iniziò nel 1942 da Louis S. Goodman e Alfred Gilman con l’uso clinico delle mostarde azzotate. Vennero quindi sviluppati farmaci che bloccano l’acido folico (detti anche antimetaboliti). L’Aminopterina (1947) si è dimostrata efficace contro la leucemina, ma i suoi effetti collaterali sui globuli bianchi portarono alla sua rapida sostituzione con il metotressato. Negli anni ‘50, George Thitchings e Charles Heidelberger svilupparono l’antimetabolita mercaptopurina per il trattamento della leucemia ed il fluoro uracile per il trattamento dei tumori gastrointestinali e del seno. Farmaci citotossici I farmaci citotossici (o farmaci che avvelenano le cellule) vennero isolati dalle piante e introdotti per la prima volta nella chemioterapia contro il cancro nel 1963. Questi farmaci si basano sul principio che le cellule che proliferano rapidamente, come quelle neoplastiche (o cancerogene)sono più facilmente debellabili dagli agenti citotossici. Numerose varianti includono gli alcaloidi della vinca (vincristina e vinblastina) isolate dalle piante della pervinca e la podofillo tossina isolata dal Podophyllum peltatum nel 1970. Il tassolo fu isolato nel 1971dal taxus del Pacifico e sviluppato per il trattamento avanzato del cancro al seno e del cancro al polmone nei primi anni ’90. Tamossifene Il tamossifene, una molecola sintetica sviluppata nel 1971, fu introdotta nel 1977 per il trattamento del cancro al seno per la sua capacità di rallentare la crescita dei tumori estrogeno dipendenti. Alti livelli di estrogeni promuovono la proliferazione cellulare nel tessuto mammario, così questo tipo di chemioterapia blocca l’ormone naturale che può stimolare la crescita delle cellule cancerogene. Il Megestrolo è un derivato sintetico dell’ormone steroideo, il progesterone, che funziona in maniera simile ed è usato nel trattamento dei tumori al seno recidivi. Immagini mammografiche del tumore al seno Il monitoraggio personale del seno permette la diagnosi precoce.

III. LE PIETRE MILIARI DELLA TECNOLOGIA DELLA SALUTE E DELLA MEDICINA III.9. Nuovi materiali sanitari Arti artificiali e dispositivi medicali I moderni arti e organi artificiali, le protesi articolari, le lenti a contatto e gli apparecchi auditivi, e i biomateriali realizzati con plastiche speciali così come altri materiali ad alta tecnologia, sono prodotti grazie alla chimica. Manipolando le strutture delle molecole e creandone di nuove, i chimici e gli ingegneri hanno sviluppato altri materiali medicali forti, flessibili e duraturi. Un esempio di questi apparecchi medicali include il rene artificiale del 1945, la valvola cardiaca prostetica degli anni ’50 e l’impianto chirurgico di un cuore artificiale permanente effettuato nel 1982. Le lenti a contatto in plastica sono state introdotte nel 1956 mentre le lenti bifocali morbide furono perfezionate nel 1985. Valvole cardiache artificiali Cuore artificiale Strumenti medicali La chimica è usata nella produzione di quasi tutti gli strumenti medicali in plastica ed in vinile usati attualmente negli ospedali e nelle cliniche mediche. Gli strumenti medicali di oggi devono essere di lunga durata e permettere un uso quotidiano e contemporaneamente poter creare un ambiente pulito, sterile e libero da germi. Molti processi medicali utilizzano attualmente strumenti diagnostici, stetoscopi, bendaggi e altri tessuti nuovi, siringhe, strumenti chirurgici, borse per il sangue e attrezzature plastiche prodotte grazie alla chimica. Inoltre i pannolini contengono polimeri igroscopici che prevengono l’irritazione nella pelle sensibile dei bambini. Disinfettanti e candeggina La chimica permette di igienizzare la vostra casa, eliminare funghi e muffe e rimuovere le macchie. Agli inizi del 900, i chimici hanno rivolto l’attenzione principalmente al controllo dei batteri e alla pulizia dei vestiti e delle superfici della casa in modo efficace. Nel 1913 i ricercatori svilupparono una formula per la candeggina a basso costo e facile da usare. Oggi, la candeggina è una comodità domestica e un disinfettante efficace che elimina bilioni di germi e batteri. Anche il cloro è una potente arma contro le malattie causate da virus e batteri nelle case, negli ospedali e in altre strutture. Ignatius Semmelweis, il ginecologo ungherese fu il primo ad introdurre nel suo dipartimento nel 1847 l’utilizzo dell’acqua clorata per il lavaggio delle mani.