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

Programma del corso Drug discovery: targets and receptors Target identification and validation Interazioni farmaco recettori Receptor and signal transduction Drug discovery: small and large molecules Irrational, rational, anti sense approach Vaccini, anticorpi, ormoni, citochine, gene therapy, cellule staminali IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Programma del corso Drug development: studi preclinici Farmacocinetica e farmacodinamica Tossicologia Sviluppo formulativo Drug development: studi clinici Definizione e considerazioni etiche Requisiti regolatori Ruolo degli enti regolatori Gene therapy IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Programma del corso Autorità regolatorie e loro documentazione Ruolo FDA, EMEA, China’s State Drug Administration, Japan’s Ministry of Health Labour and Welfare ICH WHO Good manufacturing practice (GMP) Regulatory requirements, produzione di un farmaco Prospettive future IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Definizione di un farmaco secondo FDA ‘ An active ingredient that is intended to furnish pharmacological activity or other direct effect in the diagnosis, cure, mitigation, treatment, or prevention of a disease, or to affect the structure of any function of the human body, but does not include the intermediates used in the synthesis of such ingredient’ IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Alcuni dati Statistica: su 5000 molecole promettenti, 5 raggiungono la fase clinica, 1 sola il mercato! Da Pharmaceutical Research and Manufacturers of America Sviluppo di un farmaco: 10-12 anni, costo 500 – 800 mln $ IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Fattori economici Cimetidine (Zantac, GSK) lost 90% of sales in 4 years (from 2085$ million in 1995 to 277$ million in 1999) Patents. A right granted by a government for any device, substance, method, process that is new, inventive and useful. The patent discloses the know-how of the invention, in return the owner of the patent is given a 20-year period of monopoly rights to commercial returns from exploiting the invention. Registration: application in individual countries which means multiple application for different countries, or desingating the desired countries in a single application using the Patent Cooperation Treaty (> 90 countries). PCT does not grant patents. International phase: the application is searched, published, subjected to preliminary examination. National phase: the application is subjected to examination and granting procedures in each country. IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Maggiori compagnie farmaceutiche da IMS World Review, 2003 Compagnia Quota di mercato Pfizer 7,3% GSK 7,1% Merck 5,1% J&J 4,6% Astra Zeneca Novartis 4,0% BMS 3,7% Aventis 3,6% Roche 3,1% IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Investimenti R&D di compagnie farmaceutiche americane Anno US $ billion 1991 10.0 1993 12.4 1995 15.2 1997 19.0 1999 24.0 2000 26.4 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 Genomics rDNA lab automation Synthetic chemistry Immissione in commercio Produzione cGMP compliance Requisiti regolatori IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Approcci alla discovery Irrational approach (hit or miss) Osservazione empirica (screening) degli effetti farmacologici di un grande numero di molecole. Si isola il composto che mostra gli effetti desiderati. Si determina la formula chimica e si ottimizzano le sue proprietà. Approccio tradizionale Rational approach Occorre la conoscenza tridimensionale della struttura del target coinvolto nella malattia. Le molecole sono disegnate in modo da poter interagire con il target e generare la risposta desiderata. Approccio emergente IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Approcci alla discovery Antisense drugs Prevede che si modifichino gli oligonucleotidi che si legano al DNA o RNA in modo da bloccare i meccanismi di trascrizione (DNA) o di traslazione (RNA) implicati nella malattia Gene therapy Si inserisce nell’ organismo del malato o il gene mancante o il gene non correttamente funzionante con l’ obiettivo di influire sul decorso della malattia o permettere la sintesi di proteine ed enzimi mancanti. Approccio condizionato dal dibattito etico e regolatorio IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Approcci alla discovery Biologics Applicato a molecole ‘protein based’ come gli anticorpi monoclonali, le citochine, i vaccini. La discovery parte dalla comprensione del meccanismo biologico responsabile della malattia. La produzione su scala industriale si basa sulle tecnologie del DNA ricombinante Stem cell therapy Approccio che fornisce un’ alternativa al trapianto di organi e la prospettiva di una minor incidenza di crisi di rigetto. Area molto severamente disciplinata dagli enti regolatori IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Nuove tecnologie Micro array for disease target identification High throughput screening Combinatorial chemistry Structure-Activity relationships: X-ray, NMR, computational chemistry Bioinformatics: data mining Recombinant DNA technologies 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

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

Medical needs Potenziale di mercato Brevetti, proprietà intellettuale Prodotti/ricerche concorrenti Status regolatorio Competenze interne IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Classi terapeutiche e vendite da IMS World Review 2002 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 Identification Human Genome Project : 3 109 di basi compongono DNA umano 30,000 – 40,000 geni codificano proteine (alcune migliaia) I target sono spesso proteine o oligoproteine Ad oggi solo circa 500 proteine sono state identificate come target farmaceutici Ruolo chiave di proteomica e genomica nel prossimo futuro per farmaci più specifici (meno tossici) e con un maggiore indice terapeutico IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Esempi Ruolo della proteina p53 nei tumori Fibrosi cistica La p53 regola l’ apoptosi cellulare Nella crescita tumorale, il gene che codifica la p53 è mutato e pertanto la proteina prodotta non è più in grado di determinare l’ apoptosi Fibrosi cistica Malattia ereditaria causata dall’ assenza della proteina CFTR (Cystic Fibrosis Trans membrane Conductance Regulator) necessaria per trasportare ioni Cl- attraverso la membrana cellulare A livello molecolare, il gene che codifica la CFTR è mutato e la proteina generata non assolve il suo compito IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Target Identification Tecniche attualmente in uso Radioligand binding DNA microarrays Expressed sequence and in silico methods IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Radioligand binding Al tessuto contenente il target si aggiunge una quantità nota di leganti radiomarcati Complesso target/legante marcato è separato per filtrazione o centrif., seguito da lavaggi con buffers ‘freddi’ per rimuovere legante libero Tecniche di scintillazione permettono di misurare la quantità di legante coordinato Il complesso target/legante viene isolato e sequenziato Il target viene clonato e studiato IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Target Identification Tecniche attualmente in uso Radioligand binding DNA microarrays Expressed sequence and in silico methods IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Il target è identificato DNA micro array In un micro array DNA è stampato su un supporto solido Si ottengono due campioni di cellule ammalate e sane Si estrae mRNA e si genera cDNA (complementare) Hybridisation probing Immagine flourescente scanner (laser) Si legano sequenze fluorescenti: verdi per cellule sane, rosse per malate Comparazione intensità e rapporto di fluorescenza rossa e verde. Ottenimento dei livelli di espressione dei geni nei 2 tipi di cellule. Il target è identificato IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

DNA micro array IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Target Identification Tecniche attualmente in uso Radioligand binding DNA micro arrays Expressed sequence and in silico methods IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi

Expressed Sequence Tags (ESTs) and in silico models ESTs: Expressed Sequence Tags. Sequenze di nucleotidi di cDNA con 200-500 coppie di basi. Sono parte del DNA che codifica le proteine Il sequenziamento dei ESTs permette di ottenere rapidamente informazioni sui geni che codificano proteine e quindi attribuire una funzione per ciascun gene del genoma La sequenza dei nucleotidi è ottenuta in silico ovvero interrogando potenti data bases con strutture di proteine e misurando il grado di sovrapposizione con criteri stringenti IUSS 2008 - Dr. A. Orlandi