Appunti dell'esame di Farmacologia

Farmacologia e farmacoterapia

La farmacologia è la scienza che studia il farmaco, ne descrive l’origine, naturale o di sintesi, esamina il tipo di interazione tra farmaco e organismo vivente, le conseguenze di queste interazioni ossia gli effetti farmacologici e i processi a cui il farmaco va incontro quando introdotto nell’organismo. Gli obiettivi della farmacologia sono la messa a punto di strumenti terapeutici cioè medicamenti e l’ottimizzazione del loro utilizzo nella cura, prevenzione o nella diagnosi delle malattie.

Il farmaco infatti viene definito come “ogni sostanza o composizione attiva che interagisce con il corpo e dotata di proprietà curative o profilattiche verso malattie umane e animali”. È usata allo scopo di stabilire una diagnosi o ripristinare, correggere o modificare funzioni organiche nell’uomo o nell’animale per prolungare o migliorare la qualità della vita. Il farmaco dunque è un composto biologicamente attivo che possiamo inserire tra gli xenobiotici, che sono sostanze estranee all’organismo capaci di produrre, ostacolare gli effetti dei mediatori endogeni come gli ormoni, neurotrasmettitori, le sostanze liberate a livello tissutale o autacoidi.

Quando i farmaci riescono a ripristinare la condizione fisiologica persa nella patologia esplicano le loro proprietà terapeutiche ma possono anche alterare in modo negativo il funzionamento cellulare e svelare effetti tossici. Gli effetti tossici sono tanto più frequenti e severi quanto più elevate sono le dosi di farmaco assunto, non a caso il termine farmaco, di derivazione greca, significa rimedio ma anche veleno. Il termine racchiude il concetto della duplice valenza dei farmaci: la loro potenzialità terapeutica ma anche la loro pericolosità. Ciò che fa la differenza è la dose come sosteneva Paracelso (?) in un lontanissimo passato.

La farmacologia studia gli aspetti terapeutici ed applicativi dei farmaci, la tossicologia focalizza l’attenzione proprio sugli effetti negativi dei farmaci e sulle condizioni alle quali questi compaiono oltre ad occuparsi degli effetti tossici quali siamo giornalmente esposti come inquinanti ambientali, sostanze disperse nell’ambiente con diversi fini (concimi, diserbanti, insetticidi) o che entrano nella catena alimentare perché inseriti negli alimenti generati nella preparazione, conservazione dei cibi o forniti agli animali.

Le droghe vegetali sono state le prime fonti di sostanze biologicamente attive usate dall’uomo, nel passato venivano usate empiricamente senza conoscerne il meccanismo d’azione per sfruttarne i poteri taumaturgici o preparare pozioni velenose. La farmacologia come scienza moderna ha origine nel 20esimo secolo quando grazie al progresso delle tecniche analitiche e della chimica, alle conoscenze di fisiologia e patologia, è stato possibile isolare dalle droghe specifici principi attivi e associarli a distinti effetti e meccanismi d’azione.

Lo studio struttura-attività ha portato allo sviluppo di nuovi e molteplici farmaci, si tratta di piccole molecole che costituiscono ancora oggi buona parte del nostro momentario farmaceutico. Le biotecnologie introdotte, dopo la definizione della struttura del DNA nel 1953 da Watson e Crick, hanno rivoluzionato l’approccio nella ricerca e sviluppo dei farmaci. Oggi, nell’era della genomica, è aumentato il numero di farmaci a struttura proteica utilizzati. Sono macromolecole, spesso anticorpi monoclonali a bersaglio molto specifico.

La storia della farmacoterapia ha lasciato uno spazio non trascurabile alla serendipity. La scoperta casuale di farmaci non cercati ma che sono stati rivoluzionari come gli antibiotici o psicofarmaci che hanno contribuito ad allungare l’aspettativa di vita della popolazione mondiale.

Ecco qualche esempio di farmaci vegetali dai quali erano stati isolati principi attivi come caffeina, atropina, efedrina, curaro, morfina, attraverso lo studio del rapporto tra struttura e attività farmacologica sono state progettate, sintetizzate piccole molecole con attività più specifica e che rispondevano meglio alle richieste terapeutiche. Applicando quest’approccio si è arrivato agli antisecretori, antagonisti del recettore H2 dell’istamina, agli antipertensivi antagonisti del recettore delta adrenergici, alle statine ipocolesterolemizzanti e agli inibitori tirosin chinasi con attività antitumorale.

Negli anni ’80 con la scoperta degli enzimi di restrizione, delle endonucleasi e delle ligasi è stato possibile manipolare il DNA, introdurre porzioni di DNA umano, cioè geni codificanti per proteine terapeutiche, nel DNA di cellule che diventavano così capaci di produrre queste proteine in grandi quantità. Ad esempio, nel passato l’insulina veniva ottenuta per estrazione del pancreas suino e a causa di piccole differenze da quella umana poteva scatenare delle reazioni immunitarie. Nel 1982 l’insulina viene prodotta con la tecnica del DNA ricombinante ed è un’insulina identica a quella umana e quindi meglio tollerata.

Genetica e farmacologia

Il sequenziamento dell’intero genoma umano e la disponibilità di biotecnologie hanno avuto altre importanti ricadute nella farmacoterapia. Le biotecnologie infatti hanno aperto nuovi orizzonti: studiando il genoma si è scoperta la presenza di differenze nei geni tra soggetti nei geni coinvolti nel metabolismo dei farmaci. Queste differenze sono causa spesso della diversa risposta dei pazienti a uno stesso farmaco. Conoscendo la capacità metabolica dei diversi soggetti diventa possibile scegliere la dose migliore per ogni paziente e in secondo luogo lo studio del genoma ha anche permesso di individuare nei geni delle mutazioni associabili a specifiche patologie ed è stato possibile identificare dei nuovi target farmacologici verso i quali indirizzare nuovi farmaci.

Infine, applicando le biotecnologie non solo vengono prodotti in grandi quantità proteine umane da utilizzare nella terapia sostitutiva ma possono essere anche generate nuove proteine ingegnerizzate. Quei settori della farmacologia che si occupano in modo specifico degli aspetti genetici sono la farmacogenetica e la farmacogenomica. La prima studia i singoli geni, le differenze che sono responsabili della diversa risposta ai farmaci mentre la seconda indaga l’intero genoma e, mettendo a confronto il genoma di soggetti sani con quello di pazienti, si propone di individuare le possibili origini genetiche delle malattie. Entrambe mirano a mettere a punto delle terapie personalizzate in base al profilo genetico del paziente. L’obiettivo è arrivare a somministrare ad ogni paziente il farmaco giusto alla giusta dose.

Le terapie innovative basate sulle biotecnologie sono individuabili nella:

Terapia proteica

Le proteine terapeutiche vengono prodotte attraverso metodi biotecnologici e vengono somministrate per sostituire una proteina anomala o mancante come avviene in molte malattie metaboliche o endocrine. Come mostrato, il gene umano che codifica per la proteina di interesse terapeutico viene inserito nel genoma della cellula che fa da sistema di espressione come, ad esempio, una cellula batterica, di lievito o cellulare. Il sistema di espressione può generare grandi quantità di quella proteina che purificata può essere usata nei pazienti incapaci di produrla.

Così è successo con l’insulina che oggi è prodotta con la tecnica del DNA ricombinante, ma si è andati oltre andando a produrre proteine ingegnerizzate con variazioni della struttura primaria. La sostituzione di alcuni aminoacidi nella sequenza proteica porta a molecole con proprietà terapeutiche favorevoli come le insuline ultra rapide, Lispro e Aspart in cui una prolina è stata sostituita da lisina o da acido aspartico. Queste minime variazioni consentono un assorbimento molto più rapido rispetto all’insulina standard e una più semplice gestione della malattia del paziente diabetico.

Infine i prodotti già avanzati delle biotecnologie sono gli anticorpi monoclonali prodotti da ibridomi, linee cellulari immortalizzate, ottenute per fusione di un singolo clone di linfociti B di topo capaci di produrre uno specifico anticorpo con una cellula tumorale; questi anticorpi monoclonali originariamente di natura murina sono stati progressivamente umanizzati al fine di ridurre il loro potenziale immunogeno così da anticorpo chimerici uomo-topo con desinenza -ximab si è passati a quelli umanizzati -zumab fino a quelli umani -mumab.

La caratteristica degli anticorpi monoclonali è che sono altamente specifici e si legano a bersagli spesso endogeni, proteine, recettori, mediatori bloccandone l’attività. Possono favorire la risposta del SI ed evocare risposte citotossiche anticorpo dipendenti e possono fungere da vettori per trasportare farmaci su bersagli cellulari specifici.

Sono esempi di anticorpi monoclonali:

• Infliximab e Adalimumab specifici per la citochina TNF-alfa coinvolta nello stato infiammatorio intestinale che caratterizza il Morbo di Crohn.
• Trastuzumab che blocca i recettori A2 iperespressi sulle cellule del tumore del seno impedendone la proliferazione.
• Omalizumab che blocca le IgE mediatori delle risposte del SI nell’asma.

Oggi disponiamo di anticorpi monoclonali che sono stati perfezionati attraverso l’umanizzazione e presentano una migliore tollerabilità attraverso una semplificazione strutturale, hanno una migliore cinetica nella distribuzione nei tessuti, attraverso la coniugazione con farmaci citotossici o radionuclidi gli anticorpi monoclonali coniugati possono veicolare i farmaci citotossici aspecifici solo verso quelle cellule tumorali che sono riconosciute dall’anticorpo risparmiando le cellule sane che mancano di quel bersaglio.

I farmaci ottenuti attraverso la sintesi chimica, cosiddette piccole molecole, si differenziano dai farmaci biotecnologici prodotti con l’impiego di sistemi viventi per diversi aspetti: per la dimensione che implica forte differenze nella farmacocinetica, nella modalità di produzione e purificazione che sono altamente ripetibili per i prodotti di sintesi e al contrario sono variabili per le macromolecole proteiche. Le differenze nei processi produttivi dei farmaci biotecnologici causano differenze nel prodotto finale cosicché i vari lotti della stessa proteina possono presentare diversa stabilità e talora lievi differenze nelle proprietà farmacologiche.

Terapia genica

Per il trattamento di alcune patologie ereditarie su base monogenica nelle quali la malattia è riconducibile alla mancanza o malfunzionamento di un gene, è stata da tempo proposta la terapia genica basata sulla sostituzione del gene difettoso con quello corretto. Questa strategia ha trovato però diversi ostacoli nella sua applicazione: uno dei problemi da superare è la somministrazione del gene in modo che possa sostituire correttamente il gene alterato. Le modalità adottabili sono due:

• Terapia in vivo: il gene inserito in vettori virali viene somministrato nel circolo sistemico applicato nel distretto in modo che possa raggiungere le cellule nella quali dev’essere trasferito; questa modalità presenta l’inconveniente di possibili reazioni immunitarie nei confronti del vettore virale e la difficoltà nel controllare….. del gene nelle cellule bersaglio.
• Terapia ex vivo: consiste nel riparare il DNA delle cellule dopo che sono state espiantate dal paziente inserendo “ex vivo” il gene corretto e reimpiantare nel paziente solo le cellule con DNA modificato. Questa seconda modalità ha avuto maggiore successo dopo tanti anni di sperimentazione, nel 2016 è stata registrata la prima terapia genica curativa nella immunodeficienza severa da deficit di adenosina deaminasi, una malattia rara conosciuta come sindrome dei bambini bolla: questi bambini, a causa della mancanza di questo enzima coinvolto nel catabolismo cellulare e necessario per la vitalità dei linfociti, soffrono di gravi carenze del SI e sono costretti a vivere in un ambiente asettico perché qualsiasi infezione anche la più banale gli può costare la vita. Grazie all’utilizzo delle cellule staminali ottenute dal loro midollo osseo e corrette ex vivo per sostituzione del gene malato è possibile allungare la prospettiva di vita.

La terapia genica è stata di recente applicata anche nel trattamento di forme tumorali come ad esempio la leucemia linfoblastica acuta tipica dell’infanzia. Questa malattia è un tipo di tumore in cui il midollo osseo produce linfociti immaturi in quantità eccessiva e se non trattata è fatale in pochi mesi. La terapia genica definita CAR-T si basa sulla somministrazione dei linfociti del malato ingegnerizzati in modo che possano attaccare ed eliminare le cellule tumorali. Le tappe fondamentali di questa costosa terapia consistono nel prelievo di linfociti T dal paziente, nella trasfezione in modo che possano esprimere sulla loro superficie dei recettori definiti Chimeric Antigenic Receptor (CAR-T) affini a una specifica proteina CD19 espressa sulle cellule tumorali che vengono così riconosciute ed eliminate da linfociti modificati.

Terapia cellulare o rigenerativa

La terapia cellulare o rigenerativa consiste nella somministrazione di cellule vive per ripristinare funzioni mancanti o riparare tessuti danneggiati. Le cellule possono essere cellule umane non modificate come le cellule ematopoietiche isolate dal midollo osseo di un donatore compatibile oppure cellule staminali adulte autologhe modificate, riprogrammate e rese pluripotenti. Queste cellule in quanto autologhe non sono immunogeniche in quanto modificate presentano il DNA corretto, in quanto pluripotenti sono capaci di proliferare e differenziarsi in differenti tipi di tessuti. Questa terapia risolutiva intende sostituire definitivamente le cellule che sono state danneggiate o andate perse a causa di traumi, ustioni, processi degenerativi o tumorali; ne sono esempio le cellule staminali usate nella ricostruzione di epiteli lesionati dell’epidermide e della cornea.

Nomenclatura e classificazione dei farmaci

Ogni farmaco è caratterizzato da almeno 3 nomi:

• Nome derivato dalla nomenclatura chimica (Ex. N-acetil-p-aminofenolo).
• Nome generico (Ex. Paracetamolo).
• Nome commerciale (Ex. Tachipirina, Efferalgan).

Esiste una classificazione internazionale detta ATC riportata sul prontuario terapeutico che permette di identificare il farmaco sulla base di criteri anatomico, terapeutico e chimico. Ogni farmaco è identificato con uno specifico codice alfa numerico costituito da una sequenza di lettere alternata a numeri. Lettere e numeri indicano in sequenza l’ambito anatomico d’azione del farmaco, la classe, l’attività terapeutica principale, il meccanismo d’azione e la struttura chimica.

Negli scaffali della farmacia troviamo soprattutto le specialità medicinali ossia i farmaci dispensati solo in farmacia definiti con un nome commerciale di fantasia registrato dalla ditta produttrice che ne detiene il brevetto e la cui classe di responsabilità viene definita da AIFA (agenzia italiana del farmaco). Il loro prezzo rimborsato dal SSN è negoziato da AIFA e il venditore.

Negli ultimi anni sono aumentati i farmaci generici definiti dal 2005 equivalenti. Si tratta dei medicinali non più coperti dal brevetto che possono essere prodotti e commercializzati anche da ditte diverse dall’originale. Portano sulla confezione l’indicazione del nome generico del principio attivo e della ditta proprietaria e responsabile all’immissione in commercio il costo è del 20% inferiore rispetto alla corrispondente specialità. Quando autorizzati come medicinali equivalenti, entrano nelle liste di trasparenza a fianco del farmaco originale e possono essere dispensati in sostituzione della specialità in quanto intercambiabili.

Il medicinale equivalente ha la stessa equivalenza terapeutica della specialità ossia ha lo stesso effetto clinico e ha la stessa sicurezza. Questo significa che ha equivalenza farmaceutica cioè contiene lo stesso principio attivo della specialità, ha la stessa forma farmaceutica, stessa dose unitaria, stessa via di somministrazione e indicazione terapeutica, inoltre presenta la stessa bioequivalenza cioè rilascia il principio attivo nell’organismo alla stessa velocità e nella stessa misura della specialità originale.

Per dimostrare che due specialità medicinali, il generico e la specialità, sono bioequivalenti vengono messi a confronto le concentrazioni plasmatiche del principio attivo misurate nel tempo dopo la somministrazione della specialità e del presunto farmaco equivalente alla stessa dose e tramite stessa via in un gruppo di soggetti volontari sani. Si può parlare di bioequivalenza se i profili plasmatici del principio attivo sono molto simili e non si differenziano più di un 20%, la quota compatibile con la variabilità casuale.

Per ottenere l’autorizzazione alla commercializzazione di un medicinale equivalente basta quindi solo dimostrare la bioequivalenza con la specialità attraverso studi farmacocinetici. Non servono nuove ricerche o studi clinici di efficacia e sicurezza ecco perché il medicinale equivalente costa meno della specialità medicinale di riferimento. Nell’esempio vediamo Aciclovir: equivalente delle specialità Cycloviran e Zovirax che contengono lo stesso principio attivo e che sono più costose. Il SSN rimborsa il medicinale disponibile meno costoso ossia Aciclovir, se il paziente preferisce una delle due specialità dovrà integrare la differenza.

Farmaci biotecnologici e biosimilari

I farmaci biotecnologici che sono entrati sul mercato oltre 10 anni fa sono ormai arrivati a scadenza del brevetto; la produzione e commercializzazione di questi farmaci può quindi essere autorizzata anche a ditte diverse da quelle depositarie del brevetto originale. In questo caso però l’agenzia europea