PROFARMACI POLIMERICI (coniugati farmaco-polimero) Sistemi solubili che prolungano la durata d’azione del farmaco a causa della diminuita o impedita capacità di attraversare le barriere biologiche e della ridotta velocità di escrezione (elevato volume idrodinamico del coniugato –lenta escrezione renale, aumentata permanenza in circolo, migliorato controllo sull’uptake). Sistemi insolubili che rimangono per molto tempo al sito di somministrazione e rilasciano lentamente il farmaco.

I profarmaci polimerici permettono di: - Mascherare odori o sapori sgradevoli   - Ridurre effetti locali irritativi o dolorosi   -Protezione da degradazione proteolitica e riduzione immunogenicita’ - Solubilizzazione e somministrazione per via IV di farmaci poco solubili in acqua - Prolungare la durata d’azione del farmaco - Ottenere un rilascio controllato del farmaco - Ottenere un direzionamento passivo o attivo del farmaco 

Per legare il farmaco al polimero possono essere utilizzate diverse strategie: Monomero con farmaco ancorato Polimero + farmaco POLIMERIZZAZIONE LEGAME CHIMICO   I gruppi funzionali che vengono generalmente sfruttati sono:

PROFARMACI POLIMERICI: Requisiti fondamentali   I polimeri devono essere biocompatibili e biodegradabili. I polimeri devono avere gruppi funzionali adatti a legarsi al farmaco (antitumorali, enzimi, proteine etc). I coniugati farmaco-polimero devono veicolare il farmaco in modo efficiente e possibilmente accumularsi selettivamente al sito d’azione. Possibilità di sfruttare effetto EPR (enhanced permeability and retention effect) Alterazione della permeabilità; sovraespressione di VPF, VEGF, bFGF, bradichinina etc..; scarso drenaggio linfatico

Il legame farmaco-polimero deve essere stabile nel circolo ematico e degradarsi a velocità controllata al sito d’azione. Il coniugato farmaco-polimero deve essere ottenuto in modo semplice, riproducibile ed economico. Il coniugato farmaco-polimero deve essere facilmente trasformato in formulazioni che permettano una facile e conveniente somministrazione. I prodotti ottenuti con i coniugati farmaco-polimero devono essere stabili

Struttura del profarmaco polimerico Modello di Ringsdorf (1975) Catena polimerica: può essere inerte o biodegradabile Il farmaco:direttamente attaccato al polimero o ancorato attraverso uno spacer Lo spacer: apre possibilità di controllo nella cessione del farmaco (azione enzimatica e/o idrolitica) Molecola ligando specifica: targeting specifico Molecole solubilizzanti: possono essere inserite nella struttura per migliorare le caratteristiche chimico fisiche del sistema

Caratteristiche del polimero: la scelta del polimero influenza diverse proprietà del profarmaco (stabilità, somministrabilità, formulabilità, etc). Presenza di gruppi funzionali atti all’interazione con farmaco o spacer Biodegradabilità; se non biodegradabile il PM deve essere tale da consentire l’escrezione renale Biocompatibilità Essere facilmente ottenibile

della loro natura chimica I POLIMERI utilizzati nella formulazione di profarmaci polimerici sono classificati in funzione: Polimeri vinilici Polisaccaridi Poli (-amino) acidi Etc.. della loro natura chimica della stabilità dell’origine del peso molecolare … sono biodegradabili, eliminabili, no accumulo; legame con il farmaco può ridurre la degradabilità agli enzimi! Spesso immunogeni.. Biodegradabili Stabili Naturali Sintetici … sono i più utilizzati, versatili – cambiando il monomero e la sintesi si ottiene il polimero desiderato- non sempre bidegradabili. Oligomeri Polimeri

HPMA: N-(2-idrossipropil) metacrilammide: polimero dell’acido metacrilico. Non essendo biodegradabile è utilizzato con PM inferiore a 45 kDa così da essere escreto per via renale senza produrre accumulo (conferisce stabilità, diminuita escrezione renale, maggiori tempi di permanenza in circolo, diminuita inattivazione del pa). Alla classe dei polimeri acrilici appartengono un gran numero di macromolecole che si differenziano per la funzione chimica legata al gruppo carbonilico. Sono preparati per polimerizzazione radicalica partendo dai rispettivi monomeri. La co-polimerizzazione produce polimeri con composizione variabile e diverse proprietà. R= H acido poliacrilico non biodegradabili (PM polimero < 40-50 KDa) possono essere idrofili o idrofobi; ionizzabili o neutri. SMA: copolimero formato da unità di stirene ed anidride maleica. Utilizzato per un coniugato con neocoarcinostatina, ampiamente studiato nel carcinoma epato-cellulare; protezione della proteina, diminuzione immungenicità, aumentata permanenza nel tumore (massa voluminosa) riduzione escrezione renale.

Poliaminoacidi sintetici: gli isomeri L sono polimeri biodegradabili con gruppi funzionali adatti al legame con il farmaco (nella lisina sono lasciati liberi i gruppi amminici in posizione ε per la coniugazione del farmaco): poli-L-lisina, poli-L-glutammico, poli idrossi-alchilglutammina PEG (polietilenglicole): non tossico, non immunogenico, solubile in acqua, non biodegradabile quindi usato con PM inferiore a 40 kDa, facilmente reperibile e con basso costo; approvato da FDA per preparazioni farmaceutiche iniettabili, topiche, rettali e nasali, nell’alimentare e nel campo cosmetico. Coniugati PEG-proteina; riduzione della immunogenicità, migliorata resistenza alla degradazione proteolitica, migliorata stabilità. Proteine: viene studiata l’albumina (stabile e poco tossica, idrolizzata a livello lisosomiale) anche se mostra notevole complessità strutturale che complica l’identificazione del prodotto finale. Polisaccaridi: sono sperimentati mono- di- oligo e polisaccaridi. Es. destrano coniugato a mitomicina (spacer: acido amino caproico) e destrano coniugato a mitomicina (spacer: acido 6-bromoexanoico) [Sezaki and Hashida,CRC Crit. Rev. Ther.Drug Cerrier Syst.1, 1984, 1-38; Matsumoto et al, Cancer Res. 46, 1986, 4463-4468.]:la farmacocinetica dipende da peso molecolare e carica del polimero.La biodegradazione di destrano (pM<100,000, non immunogenico) è molto lenta.

Caratteristiche dello spacer Ancorare il farmaco al polimero Controllo del rilascio del farmaco - stabilità in circolo ma capacità di cessione del farmaco al sito target (cessione per azione idrolitica od enzimatica) Spacer pH sensibili: idrazone, N-cis aconityl Coniugati sensibili a catepsine e peptidasi cisteina dipendenti presenti in grande quantità a livello lisosomiale; es. tetrapeptide Gly-Phe-Leu-Gly. I tetrapeptidi sono più suscettibili al rilascio dei tripeptidi.

Molecole ligando specifiche Modificazione della distribuzione del farmaco nel corpo e targeting attivo peptidi (es RGD; arginina- glicina- acido aspartico che riconosce integrina v3 sovraespressa nell’angiogenesi) Glicoconiugati (utilizzo di zuccheri) Anticorpi monoclonali

Gly-Phe-Leu-Gly Struttura di PK1 (fase II) e PK2 (fase I) entrambi coniugati tra catene di poli-N-(2-idrossipropil) metacrilammide e il farmaco antitumorale doxorubicina (spacer: Gly-Phe-Leu-Gly). PK2 contiene anche la D-galattosammina. I monomeri contenenti il farmaco sono solo il 2-3% di tutti quelli presenti.

Tecnologia ADEPT (antibody- directed-enzyme prodrug therapy) 1- administer antibody-enzyme 2- polymer pro-drug 3-accumulation in tumor via EPR Antibody

LIMITI DEI PROFARMACI POLIMERICI:   1. VALUTAZIONE QUANTITATIVA; PUREZZA E TITOLO 2.VERIFICA DELL’IDROLISI E DELLA LIBERAZIONE DEL p.a. 3.   BIOCOMPATIBILITA’/BIODEGRADABILITA’

CARATTERIZZAZIONE DEI PROFARMACI POLIMERICI pone nuovi problemi analitici sia per l’eterogeneità delle catene polimeriche ottenute dopo polimerizzazione, sia per la necessità di valutare l’integrità del p.a nella forma legata e l’assenza di sostanze correlate entro limiti accettabili per le autorità regolatorie.  1.               STRUTTURA CHIMICA (IDENTITA’) 2.               DISTRIBUZIONE PESI MOLECOLARI (BIODEGRADABILITA’)  3.               ANALISI PUREZZA E TITOLO 1. STRUTTURA CHIMICA (definizione della struttura molecolare, valutare l’integrità del p.a. nel coniugato, valutare la natura del legame, studiare la matrice polimerica )  -NMR STRUTTURA  -TOCSY E NOESY SEQUENZE LEGAMI E POSIZIONE NELLO SPAZIO

2. DISTRIBUZIONE PESI MOLECOLARI (bisogna inserire un limite superiore nelle specifiche del PM del polimero che deve essere eliminabile)  SEC (CROMATOGRAFIA AD ESCLUSIONE STERICA) in mezzo non acquoso e con opportuna fase stazionaria. I COMPOSTI A DIVERSO PESO MOLECOLARE SONO SEPARATI PER PURO EFFETTO DI VOLUME IDRODINAMICO   ALTO PM T. DI RITENZIONE MINORE BASSO PM T. DI RITENZIONE MAGGIORE 3. ANALISI PUREZZA E TITOLO  CROMATOGRAFIA AD ALTA PRESSIONE (HPLC) ; metodica analitica ad alta specificità. Idrolisi selettiva: Procedimento chimico altamente selettivo di scissione del legame tra farmaco e spaziatore (pH, Temperatura, solvente

N.B.: non sempre è possibile idrolizzare selettivamente con mezzi chimici il legame tra farmaco e spaziatore. In generale sarà sempre il legame più labile ad essere scisso. Es. nel caso di coniugati contenenti doxorubicina l’idrolisi selettiva scinde il legame glicosidico presente nel farmaco e produce l’aglicone adriamicinone mentre nel caso di coniugati contenenti camptotecina il prodotto di idrolisi è la forma aperta che è convertita successivamente al lattone in condizioni acide. Queste limitazioni richiedono una verifica parallela dell’integrità del farmaco via NMR

Profarmaci polimerici in commercio o in trials clinico - SMANCS (coniugato tra copolimero stirene-anidride maleica (SMA)(PM 1500) e neocarcinostatina (NCS) (PM 10700) e somministrato in tumore ovarico, stomaco, polmone, cervello ed epatico. -formulazione SMANCS/Lipiodol- carcinoma epatico (Introduzione in arteria femorale via catetere; sopravvivenza a 5 anni dal trattamento > rispetto a terapia tradizionale) - PEG-adenosina deaminasi (ADAGEN®) per il trattamento della immunodeficienza combinata grave da deficit di adenosindeaminasi e PEG-L-asparaginasi (ONCASPAR®) per il trattamento della leucemia linfoblastica acuta.   -diminuita immunogenicità per la presenza del PEG ed incremento dell’emivita plasmatica degli enzimi - PEG-INTRON® (PEG-Interferone 2b) per il trattamento dell’epatite cronica - PK1 e PK2 (coniugato HPMA-doxorubicina). PK1 è in fase II nella terapia del tumore al seno, polmone e colon; PK2 è in fase I (tumore epatico)

PEGASYS® ---------hepatitis C parenteral injection PEGvisomant® ------------acromegaly parenteral injection NeulastaTM --------------cancer parenteral injection -CD870 (PEG-antiTNF-fab') ----per il trattamento dell’artrite reumatoide (faseII) PEG-CAMPTOTECINA, per il trattamento del tumore (fase I/II) PEG-PACLITAXEL per il trattamento del tumore (fase I/II) HPMA-paclitaxel HPMA-camptotecina Acido poliglutammico-paclitaxel Pluronic-doxorubicina Pluronic-paclitaxel