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

Fasi dello sviluppo di un farmaco Drug development Farmacodinamica Farmacocinetica Tossicologia Sviluppo chimico Sviluppo farmaceutico Sviluppo analitico cGLP compliance Clinical Trials Studi clinici cGCP compliance Drug discovery Targets & receptors Small molecules drugs Large molecules Immissione in commercio Produzione cGMP compliance Requisiti regolatori IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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Srt+nrEr+nxEx dove G= energia libera di legame TSrt= perdita di entropia rotazionale e traslazionale per effetto del legame nr= numero dei gradi di libertà conformazionali nx= numero dei gruppi funzionali nel legante Ex= energia di legame associata ad ogni gruppo funzionale IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Struttura del recettore Riassumendo Database virtuale Struttura del recettore disponibile Docking simulations Scoring functions IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 A5 A5 B8 A4 A4 B8 A3 A3 B8 A2 A2 B8 A1 A1 B8 IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Chimica combinatoriale IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Chimica combinatoriale IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Chimica combinatoriale multi pin IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Photolythographic aproach IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Esempi IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Antisense approach DNA mRNA Proteina Scopo dell’ approccio ‘antisense’ è identificare i geni che sono coinvolti nella patologia per impedirne l’ espressione IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Fasi dello sviluppo di un farmaco Drug development Farmacodinamica Farmacocinetica Tossicologia Sviluppo chimico Sviluppo farmaceutico Sviluppo analitico cGLP compliance Clinical Trials Studi clinici cGCP compliance Drug discovery Targets & receptors Small molecules drugs Large molecules Immissione in commercio Produzione cGMP compliance Requisiti regolatori IUSS 2008 - 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)‏ IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Discovery di grandi molecole (biopharmaceuticals)‏ Vaccini Anticorpi Citochine Ormoni Terapia genetica Cellule staminali IUSS 2008 - 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 Il vaccino è un prodotto contenente una piccolissima quantità di virus o batteri, uccisi o attenuati, o da una frazione di essi, in modo da stimolare la naturale reazione immunitaria. Questa difesa immunitaria, simil a quella che è provocata dalla malattia, protegge dall’ attacco di microorganismi senza che si sviluppino i sintomi e le complicanze della malattia stessa IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - 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 IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi