Appunti di Farmacognosia

Appunti di farmacognosia

Introduzione alla farmacologia

La farmacologia è la disciplina che si occupa dello studio dei farmaci. Il termine farmaco deriva dal greco Pharmakon che significa rimedio o veleno. Un farmaco è una sostanza o prodotto utilizzato per modificare o esaminare funzioni fisiologiche o stati patologici a beneficio del paziente (senza considerare la sua origine naturale, chimica o biotecnologica). Può essere utilizzato per esaminare un paziente in quanto permette di diagnosticare una condizione patologica. Oggi la farmacologia rappresenta una disciplina che abbraccia storia, biochimica, fisiologia occupandosi dell’assorbimento, della distribuzione, della biotrasformazione, della escrezione, del meccanismo di azione, degli effetti tossici o avversi, degli usi terapeutici e non dei farmaci di origine naturale o sintetica.

La chiave nell’utilizzo di un farmaco è capire qual è il rapporto tra i benefici e gli effetti indesiderati possibili → rapporto costo-beneficio. La farmacologia moderna nasce negli anni ’50 grazie a Daniel Bovet che lavorò all’istituto nazionale di sanità e vinse il premio Nobel nel 1957 grazie all’identificazione dei bersagli staminergici. I bersagli dell’attività farmacologica possono essere enzimi, recettori, trasportatori etc. Non si può sviluppare un farmaco senza sapere il suo bersaglio farmacologico. La farmacologia oggi si divide in farmacocinetica, farmacologia molecolare, farmacologia clinica, tossicologia, farmacogenetica e farmacoeconomia.

Farmaci di origine naturale

Si utilizzano molti medicinali di origine naturale. In Africa l’80% della popolazione usa forme tradizionali di medicina naturale. Aziende come Novartis nel 2006 hanno investito capitale per studiare ad esempio la medicina tradizionale cinese a Shanghai. Nel 2021 il mercato mondiale dei preparati di origine naturale ha raggiunto il valore di 150 miliardi negli USA e di 70 miliardi nell’UE. Circa il 25% dei farmaci prescritti nel mondo sono di origine vegetale. Più di 100 principi attivi di origine naturale sono attualmente in uso nelle varie Farmacopee. Delle molecole ad attività farmacologica considerate essenziali dal WHO, una quota è ancora di esclusiva origine o derivazione naturale.

Per arrivare ad isolare e caratterizzare un principio attivo a partire da una pianta medicinale si osserva con attenzione la medicina popolare presente in differenti culture (etnofarmacologia o etnobotanica). Un altro approccio è la valutazione dell’attività farmacologica di piante note per la loro tossicità come ad esempio la Digitale. Anche in questo caso è necessario valutare il rapporto tra l’effetto desiderato e gli effetti indesiderati in base alle dosi. Inoltre, si osserva l’ambiente nel quale si sviluppano le piante che sono in grado di contrastare la presenza di microrganismi infestanti, tramite l’utilizzo di specifiche molecole antibatteriche.

L’ultimo approccio comprende una ricerca randomizzata o sistematica. Questo metodo è utilizzato per lo sviluppo e la ricerca di antitumorali e per molecole contro l’HIV. Questo approccio è estremamente dispendioso e viene attuato solo se il riscontro che si aspetta è significativamente importante. Dal 1940 al 2007 il 73% degli antitumorali approvati era di origine naturale. Ancora oggi circa il 50% di tutti i farmaci antitumorali approvati è direttamente o indirettamente di derivazione naturale. Dal 2007 sono stati sviluppati anticorpi monoclonali che sono caratterizzati per ciascuna persona e hanno come bersagli neoplasie specifiche.

Lo sviluppo degli antivirali di origine naturale è stato molto più lento. Nessuno dei 35 farmaci antivirali approvati fino al 2022 era di origine naturale. Questo è cambiato negli ultimi anni con lo sviluppo della ricerca di molecole per HIV e HCV (epatite C). Lo studio sui virus ha avuto un decorso lento in quanto i virus necessitano cellule da infettare. Di circa 500k specie di piante solo poche migliaia sono state valutate farmacologicamente in quanto il costo è molto elevato con una percentuale di successo di 1/10000, servono 50 Kg di materiale grezzo per gli studi preclinici e fino a 200T per completare gli studi clinici. Inoltre, il processo è multidisciplinare. Sono necessari antropologi, botanici, chimici, tecnici, farmacologi e tossicologi.

Anche nell’utilizzo di principi di origine naturale per la terapia ed il benessere personale è necessario raggiungere uno sviluppo sostenibile. Per produrre 2,5 Kg di taxolo devono essere abbattute 12000 piante con il risultato che, data l’elevata domanda, si è temuto per l’estinzione della specie. È quindi necessario sviluppare alternative praticabili come l’utilizzo di altre piante o l’identificazione di precursori da cui si possa arrivare con facilità al prodotto attivo. Per quanto riguarda il tassolo si utilizza il precursore 10-desacetil baccatina III presente nelle foglie.

Sviluppo dei farmaci e fase preclinica

Lo sviluppo dei farmaci comprende una fase di ricerca preclinica e una fase di sperimentazione clinica divisa in 4 fasi successive. I tempi sono generalmente lunghi e dipendono dalle risorse messe a disposizione dall’industria farmaceutica. In media un farmaco impiega circa 10 anni per essere inserito in commercio. I farmaci devono essere autorizzati dall’EMA in Europa e dall’FDA negli USA. Nella ricerca preclinica è strettamente necessario identificare un bersaglio biologico.

Gli approcci più comuni per l’identificazione del bersaglio sono lo studio patologico a livello molecolare (biologia molecolare e cellulare) e l’analisi del genoma che è un processo più innovativo. L’analisi del genoma non si interessa solo di patologia di origine genica. Anche lo studio dei fattori di rischio è utile per studiare lo sviluppo di patologie. La società deCODE con sede in Islanda ha condotto studi su circa 160k persone, formando una banca dati ben caratterizzata che ha permesso di studiare il genotipo della popolazione e le caratteristiche genetiche delle persone propense a sviluppare una determinata patologia. Capire le caratteristiche geniche che conferiscono un rischio maggiore o una protezione allo sviluppo di una patologia può permettere di identificare bersagli farmacologici sul quale focalizzarsi.

Nel DNA si cercano fondamentalmente polimorfismi a singolo nucleotide che sono un errore di una singola base dovuti alla trascrizione errata di una base. Questo errore deve essere presente almeno nell’1% della popolazione. Altrimenti si parla di mutazione. Queste modifiche possono portare al cambiamento della struttura di una proteina, andando a modificare la sua azione o inattivandola. L’azienda è stata capace di identificare una mutazione nel gene che codifica per il precursore del β-amiloide, associata a una ridotta possibilità del manifestarsi dell’Alzheimer e del declino cognitivo per senescenza. Questa mutazione si posiziona vicino ai siti di taglio della proteina e porta alla riduzione della formazione di peptidi amiloidogenici di circa il 40% in vitro. Questo studio ha portato all’identificazione di un possibile bersaglio farmacologico che in questo caso sono le proteasi che tagliano il β-amiloide.

I bersagli farmacologici più frequenti sono i recettori accoppiati a proteine-G, i recettori nucleari, i canali ionici e gli enzimi. Oggi ci sono più di 330 bersagli di cui più di 270 sono espressioni del genoma umano. Successivamente si ha l’identificazione di nuove molecole ad attività farmacologica che possono agire sul bersaglio trovato. Troviamo diversi approcci come quello storico, lo sviluppo SAR (relazioni, struttura, attività) di un composto naturale (si sono sviluppati degli antagonisti/agonisti di molecole come l’istamina), il disegno di molecole per interagire con uno specifico sito (inibitori ACE e COX), il random screening e le modifiche casuali (serendipity). Una volta valutate le molecole d’interesse si arriva all’utilizzo su animali da esperimento che ci permette di valutare le interazioni tra organi, la tossicologia acuta e le caratteristiche di farmacocinetica.

Il brevetto

Il brevetto per un’invenzione è la garanzia dei diritti di proprietà di un’invenzione. Generalmente garantisce a chi deposita il brevetto un monopolio di 20 anni sulla vendita del farmaco. Il brevetto ha inizio dalla sua deposizione e non da quando il farmaco entra in commercio. Non possono essere brevettate le scoperte, le teorie scientifiche, i metodi matematici, i piani, i principi ed i metodi per attività intellettuali, le presentazioni scientifiche e le procedure chirurgiche. In Italia l’esito del brevetto è emanato generalmente 18 mesi dopo il deposito del brevetto. È necessario pagare annualmente le tasse per il mantenimento del brevetto. Per utilizzare un prodotto brevettato bisogna pagare delle tasse per l’utilizzo al detentore del brevetto.

La protezione delle scoperte brevettabili porta ad un rallentamento dell’avanzamento scientifico in quanto è subentrato un obbiettivo economico. L’alternativa per proteggere una scoperta è quella di ottenere l’orphan drug designation dall’EMA e dall’FDA quando la patologia interessata dalla scoperta interessa 5/10000 persone nell’UE e 200k persone negli USA. Ottenuta questa autorizzazione il prodotto può essere venduto senza competizione per 7 anni negli USA e per 10 anni nell’EU in seguito alla commercializzazione.

Nel 2018 è stato conferito lo status di orphan drug al composto RR001 di Rigenrand per il trattamento del carcinoma pancreatico. È una terapia genica che codifica per il fattore di necrosi tumorale collegato al ligando inducente l’apoptosi. Un altro esempio è Soligenix SGX301 che è ipericina sintetica incorporata in un unguento per applicazione topica sulle lesioni del linfoma cutaneo. Viene fotoattivata mediante esposizione a luce fluorescente visibile e genera specie reattive all’ossigeno citotossiche con il risultato di indurre apoptosi nelle cellule T tumorali.

Studi tossicologici

Uno stato molto importante riguarda la somministrazione in vivo. Molte molecole (1 su 3) cadono sui parametri di cinetica. Un altro aspetto che limita l’avanzamento di molte molecole è la potenziale tossicologia. Gli studi sulla tossicologia iniziano quando si ha un potenziale composto. Negli anni ’60 gli effetti collaterali della talidomide in Europa e Giappone hanno spinto a riesaminare con attenzione i passaggi di sviluppo di un farmaco. Per procedere con lo sviluppo del farmaco è necessaria una garanzia di efficacia e la dimostrazione dell’assenza di gravi effetti collaterali. Dopo gli anni ’60 sono stati inseriti dei parametri di verifica più rigidi come l’analisi su due specie e la rilevazione di tossicità nel periodo di gestazione e nel periodo neonatale.

La valutazione tossicologica necessita di determinare gli effetti avversi di molecole di origine animale, vegetale o di sintesi allo scopo di predire potenziali rischi per l’uomo e l’ambiente. Non sono valutabili negli animali i danni agli organi di senso. Attraverso gli studi di tossicologia sperimentale si cerca di definire la minima dose che produce effetti tossici e la massima che non induce alcun effetto tossico (NOAEL), definire il rapporto tra minima dose tossica e dose terapeutica (indice terapeutico), individuare la struttura cellulare, organo o sistema bersaglio della tossicità, definire le caratteristiche dell’effetto tossico determinato dalla molecola e i suoi metaboliti e infine stabilire la reversibilità o meno degli effetti tossici.

La sperimentazione clinica

Una volta terminati gli studi tossicologici si passa alla fase di sperimentazione clinica divisa in fase I, II, III e IV. Si richiede l’autorizzazione agli enti regolatori (FDA/EMA) che valuteranno le informazioni riguardo l’efficacia e la sicurezza del prodotto in interesse. Dalla valutazione di questi due parametri si passa all’approvazione della molecola e al suo impiego nell’uomo. Qualsiasi tipo di sperimentazione sull’uomo necessita dell’approvazione da parte di un comitato etico. Questi sono stati istituiti nel 1998 e aggiornati nel 2003 recependo la normativa Europea che valutano le richieste di studi clinici da parte degli enti committenti. Se il profilo del farmaco riscontra esito positivo si passa alla sperimentazione. Ogni partecipante alla sperimentazione deve fornire un consenso informato che determina un assenso volontario alla partecipazione.

La dichiarazione di Helsinki del 1964 e aggiornata ad Edimburgo nel 2000 stabilisce che il rispetto dell’autonomia della persona prevale sugli interessi della scienza e della società. I principi generali della sperimentazione clinica comprendono il ruolo del farmacologo nel comitato etico, la valutazione dell’adeguatezza del trattamento nonché dell’eticità dell’uso del placebo, la valutazione di aspetti farmacogenetici e farmacoepidemiologici, la valutazione degli eventi avversi osservati, la valutazione del rapporto rischio/beneficio dei medicinali sperimentati impiegati e la valutazione di aspetti attinenti all’uso di tessuti umani in vitro, nel caso si debbano saggiare farmaci su organi/tessuti isolati.

È necessario confrontare il rapporto tra il trattamento e l’utilizzo del placebo, determinando gli effetti effettivamente dipendenti. Questo richiede un’attenta valutazione etica in quanto è ammissibile solo quando non esista un trattamento efficace o esista una quota significativa di risposta al placebo (effetto placebo come ad esempio negli antidepressivi). Lo studio clinico randomizzato (RCT) è considerato come il migliore approccio allo svolgimento di uno studio sperimentale. All’interno di questo processo è fondamentale la procedura di doppio cieco in cui né il medico che somministra il farmaco, né il paziente che lo riceve sanno se il trattamento in questione è rappresentato dal trattamento innovativo o dal placebo. Questo permette di evitare un bias nei confronti dell’aspettativa sul farmaco. Tutti questi principi sono oggi raccolti nella Good Clinical Practice che indica i principi a cui si devono adeguare gli studi clinici.

Le figure importanti all’interno dello studio clinico sono il medico sperimentatore qualificato e un monitor che funge da supervisore del comportamento di medici e pazienti durante il trial. Il monitor è generalmente pagato dal committente dello studio clinico.

Clinical Research Organizations

A condurre questi studi clinici sono ad oggi le Clinical Research Organizations (C.R.O.) che sono società reclutate dalle aziende farmaceutiche che forniscono supporto alla gestione di trial clinici. Svolgono la loro attività per aziende farmaceutiche, fondazioni etc. L’utilizzo di queste organizzazioni permette alle aziende farmaceutiche di convertire dei costi fissi in costi variabili dati dalla presenza/assenza di studi clinici. Forniscono inoltre conoscenze non disponibili all’interno dell’azienda → possono essere specializzate in determinati ambiti e questo permette di colmare le lacune di un’azienda.

Posseggono una migliore conoscenza delle problematiche caratteristiche di ciascuna nazione (burocrazia, patologie etc.) in considerazione della sempre crescente complessità dei trial clinici. Posseggono conoscenze mediche e cliniche in ambiti terapeutici specifici. Sono in grado di gestire la mole di dati generati da un trial clinico. Si adattano perfettamente alla natura multinazionale e multicentrica dei trial clinici. Permettono di gestire patologie a caratteristica distribuzione geografica.

I compiti del Clinical Research Associate (CRA) devono selezionare i centri clinici, sottomettere la documentazione per ottenere l’approvazione etica e regolamentare, fare il training sugli sperimentatori durante la SIV, eseguire il monitoraggio dello studio clinico, scrivere il report della Site Visit (visita fisica alle strutture partecipanti allo studio) e occuparsi della Data verification. In Italia il Decreto Ministeriale del 15 novembre 2011 ha regolamentato la professione di CRA e ha definito i requisiti necessari. Il primo è una laurea in discipline scientifiche → CTF, farmacia, medicina… È necessario avere una formazione specifica di almeno 40 ore che si devono svolgere nell’arco di 12 mesi e devono trattare la metodologia e normativa della sperimentazione clinica, il GCP, le norme di Buona Pratica di Fabbricazione con specifico riferimento al farmaco in sperimentazione, la farmacovigilanza, i sistemi di qualità e assicurazione di qualità e i compiti del monitor. Il terzo requisito comprende almeno 20 giorni di attività di monitoraggio in affiancamento ad un CRA esperto effettuati nei 12 mesi precedenti l’inizio dell’attività autonoma di monitoraggio. Di questo generalmente si occupano le C.R.O. il quarto requisito determina almeno 4 mesi di esperienza nei 12 mesi precedenti all’inizio di attività autonoma di monitor.

Fasi della sperimentazione clinica

La prima fase è detta fase 0 o esploratoria. Questi studi clinici sono condotti in accordo alle linee emesse nel 2006 dalla FDA sugli studi esploratori relativi a nuovi farmaci in fase di sviluppo. Si parla di studi di microdosaggio nell’uomo. Gli studi di fase 0 sono disegnati per accelerare lo sviluppo di farmaci o trattamenti promettenti e, in una fase ancora precoce dello sviluppo, verificare nell’uomo se i risultati sono in linea con l’aspettativa. Si somministrano dosi singole subterapiche in circa 10-15 soggetti. Non si ottengono dati su sicurezza o efficacia. Le aziende che sviluppano i farmaci utilizzano gli studi di fase 0 per stilare una graduatoria delle diverse molecole candidate per decidere quale presenta i migliori parametri farmacocinetici nell’uomo in modo da sviluppare ulteriormente.