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

Targets and receptors Identificare e validare targets/recettori coinvolti nel processo che genera la malattia Ricercare ‘lead compounds’ che interagiscono con il target Definire i ‘medical needs’ Ottimizzare il lead per generare un potenziale farmaco Fase di drug development IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Target validation Attività che mira a confermare le funzioni e gli effetti del target Risponde alle domande: Qual’è la funzione del target? Quali meccanismi correlati alla malattia regola? Quanto è importante il meccanismo che genera la malattia? Qual’è l’ indice terapeutico atteso per una molecola che interagisce con il target? Tests in vitro (su cellule o tessuti) Tests in vivo (‘knockout mice’) Targets identified using microarrays are maily the genes that regulate or contribute to diseases. These gene targets give us the clues to the proteins that regulate or contribute to diseases. In most situations, it is proteins or receptors that drug molecules are developed to interact with to provide the therapy. The exceptions are antisense drugs and ene therapy where nucleotides and genes are targeted respectively. IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Drug interactions Principali targets: Tipologie di farmaco: Enzimi Recettori intracellulari (citoplasma, nucleo) Recettori sulla superficie cellulare: G protein, ion channel receptors, catalytic receptors Tipologie di farmaco: Idrofilo: permane nel flusso sanguigno per tempi brevi, non attraversa la membrana cellulare Idrofobico: permane nel flusso sanguigno per tempi lunghi (anche giorni), richiede un carrier per il trasporto nel sangue IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Drug interactions Agonista: molecola/farmaco che attiva una reazione Antagonista:molecola/farmaco che inibisce una reazione o blocca l’ accesso al recettore di altri agonisti Nel caso degli enzimi, le due attività sono indicate come induttore e inibitore IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Drug interactions IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Drug interactions I recettori sono molecole complesse L’ interazione è specifica Avviene solo in alcune parti del recettore L’ interazione è reversibile IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Drug interactions A seconda del numero e tipologia delle molecole, l’ interazione può essere: Allosterica: quando due molecole si legano a zone diverse del recettore Omotropica: se le due molecole sono chimicamente uguali Eterotropica: se le due molecole osno chimicamente diverse Competitiva: se le molecole competono per lo stesso sito di legame IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

L’ aspirina L’ enzima PGHS (prostaglandin H2 synthase) produce prost. H2, responsabile di infiammazioni e febbre PGHS consta di 2 subunità proteiche con lunghi canali nei quali entra l’ acido arachidonico che viene convertito in prost. H2 La molecola dell’ aspirina ha la giusta forma e dimensioni per entrare nei canali e bloccare la formazione di prost. H2 L’ aspirina blocca anche altri PGHS: ad es. quelli che proteggono lo stomaco potenzialmente favorendo il sanguinamento Ibuprofene e naproxene bloccano soltanto i canali per l’ acido arachidonico, evitanto gli effetti collaterali sullo stomaco IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Drug interactions Tipologie di legame farmaco/recettore: Covalente: legame forte, raro, interazione prolungata Interazione elettrostatica: legame più debole, comune, in particolare: Legame idrogeno, molto diffuso Van der Waals Interazione idrofobica: diffusa nel citoplasma IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Drug interactions Negli enzimi, i farmaci possono agire come: Inibitori competitivi: competono con il substrato per legarsi al sito attivo Inibitori non competitivi: si legano ad un sito diverso da quello attivo (sito allosterico) riuscendone a modificare le interazioni con il substrato IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Esempi Omeoprazolo (Losec, AZ): inibitore della pompa protonica per la prevenzione del ‘relapse’ nell’ esofagite da riflusso Captoril (Capoten, BMS): inibitore ACE per il trattamento dell’ ipertensione Imanitib mesylate (Gleevec, Novartis): inibitore della tyrosine kinase per il trattamento della leucemia cronica mieloide Sertraline (Zoloft, Pfizer): inibitore selettivo della serotonina per il trattamento della depressione IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Principali classi di recettori G protein coupled receptors (GPCR): classe principale, coinvolta nelle patologie: Asma Ipertensione Infiammazioni Cancro CNS 30% dei farmaci agisce su questo recettore Ci sono circa 1000 GPCRs, a solo 50 di loro corrisponde IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

G protein coupled receptor IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Ion channel receptors - 30% dei farmaci agisce su Classe importante, coinvolta nelle patologie: Cardiovascolari Ipertensive CNS - 30% dei farmaci agisce su questo recettore - Ci sono circa 1000 GPCRs, a solo 50 di loro corrisponde Ligand gated (synaptic transmitters) Voltage gated 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) Irrational approach Raccolta di prodotti naturali Estrazione per lo screening Creazione Lead Compound Ottimizzazione 1-5 Kg materiale (piante, animali) Biodiversità Rispetto regole Estrazione con alcool Tannino e clorofilla rimossi IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Irrational approach Norme per la protezione della biodiversità Convention on Biological Diversity (CBD, 1993) Permesso precedente la raccolta di campioni ABA (Access and Benefit-Sharing Agreement) Si stabiliscono le regole per l’ osservazione, lo sviluppo e la condivisione dei vantaggi derivanti dall’ uso dei prodotti naturali Deve essere dichiarato in anticipo come si intendono sfruttare i prodotti raccolti Se l’ ABA non è rispettato, i brevetti derivanti dai principi attivi estratti sono invalidati IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Irrational approach Esempi Uno dei primi inibitori ACE (teprotide) fu isolato dal veleno di una vipera del Sud America Le tetracicline sono antibiotici derivati dai batteri il cui meccanismo d’ azione prevede il legame ai ribosomi batterici impedendo la sintesi proteica. La clorotetraciclina fu isolata dal Streptomicies aureofaciens, dallo Streptomicies rimosus si ricavò l’ ossitetraciclina IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Irrational approach Screening Per trovare il composto che, legandosi selettivamente al recettore, riesce ad influire sulla malattia si sottopongono a valutazione (screening) centinaia di migliaia di composti. Ogni volta che viene riscontrata un’ interazione con il recettore, si parla di ‘HIT’ Il ‘Lead’ più promettente viene ottimizzato per migliorarne le proprietà chimico-fisiche, farmacocinetiche, tossicologiche prima degli studi clinici Delopmental therapeutics program del National Cancer Institute ha più di 600,000 prodotti tra wintetici e naturali IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Lab automation & robotics HTS e UHTS Il piatto può essere incubato L’ interazione viene evidenziata dall’ emissione di un segnale (radioattività, fluorescenza, luminescenza) I reagenti per il test sono o depositati sul vassoio O aggiunti come liquidi IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

HTS & UHTS Fattori importanti: - Robotica per dispensare i reattivi (10-9 a 10-12 L), ink jet technology I test devono essere specifici e sensibili Varie tipologie di test: cell based, enzyme based, binding Cell based importanti per le informazioni su biodisponibilità, citotossicità, meccanismo biochimico IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi