Tossicologia

Tossicologia 2022-2023

Figure professionali di un laureato in CTF in ambito farmacologico e tossicologico

La laurea in CTF è una laurea sanitaria, e si può quindi entrare nel mondo della salute come professionisti. Il mondo della salute è in continua evoluzione, permettendo anche l'accesso alle informazioni e ai trattamenti in modo sempre maggiore. Dopo l'immissione del farmaco in commercio inizia il percorso di vita del farmaco stesso. Una volta immesso in commercio, il farmaco deve essere mantenuto controllando utilizzo e tossicità.

Prospettive occupazionali

• Farmacista: clinico, di comunità, ospedaliero, territoriale. È una figura necessaria al raggiungimento degli obbiettivi prefissati dal SSN. La farmacia è il secondo presidio sanitario dopo l’ospedale. La farmacia può dispensare informazioni riguardo patologie e uso del farmaco, oltre a poter produrre farmaci in caso di carenza di farmaci da banco e fornire servizi quali ECG, misurazione dell’insulina, consigli dietetici, prevenzione primaria (vaccini, screening, tamponi) e prevenzione della salute. Farmacista digitale;
• Ricercatore nel settore biomedico e farmaceutico;
• Informatore farmaceutico;
• Professionista nel settore cosmetico, erboristico, dei prodotti dietetici, dei dispositivi medici;
• Operatore dei processi produttivi e del controllo qualità;
• Associato di ricerca clinica;
• Esperto di scienze regolatorie.

Industria farmaceutica

Unico comparto industriale in Italia sempre in crescita.

• Ricerca e sviluppo: poche case farmaceutiche fanno ancora R&D poiché tendono a commissionare la ricerca a piccole eccellenze (eventualmente comprandole);
• Direzione medica: composta da CTF, farmacisti e pochi medici. Collega la ricerca, promuove gli studi clinici e osservazionali, crea le info scientifiche che vengono poi presentate ai medici, compila il foglietto illustrativo, fa il dossier di registrazione del farmaco, fornisce il materiale di supporto per l’accesso del farmaco all’utilizzo clinico;
• Informazione medico-scientifica: l’informatore scientifico è il profilo con cui si entra solitamente nell’industria farmaceutica, per poi scalare alle altre professioni;
• Affari regolatori: dipartimento che fa da intermediario tra le richieste delle autorità e le esigenze espresse da tutte le aree funzionali dell’azienda. Il lavoro si organizza in allestimento dei dossier e in articoli ??;
• Controllo qualità: controlli microbiologici, chimici, farmacologici necessari ad attestare la sicurezza e la qualità del farmaco. Si può diventare o assicuratore della qualità o controllore clinico;
• Market access: interfaccia tra regolatorio, marketing e direzione medica. Contribuisce allo sviluppo di mezzi quali budget, modelli costo-efficacia, value story, ecc…;
• Product manager;
• Product specialist: si diventa esperti di un singolo prodotto poiché bisogna presentare e quindi difendere il prodotto stesso.

Con la sola laurea si può entrare nell’insegnamento medio e superiore dopo aver acquisito 24 CFU nell’ambito socio-pedagogico. È possibile ottenere una specializzazione diversa a seconda della prospettiva futura di lavoro:

• Master: corsi di studio a carattere di perfezionamento scientifico e di alta formazione permanente e ricorrente. L’azienda farmaceutica ricerca persone con master. Bisogna però cercare master con stage in azienda e non in università;
• Scuole di specializzazione: serve unicamente per farmacia ospedaliera per lavorare nelle strutture farmaceutiche ospedaliere e territoriali per diventare farmacista clinico. Non serve per andare a lavorare in azienda. Specializzazione in “Farmacologia e tossicologia clinica”: permette il lavoro sia in farmacia ospedaliera che nella direzione medica delle aziende farmaceutiche;
• Dottorato: indispensabile per diventare insegnanti universitari, oltre ad essere il massimo titolo ottenibile in molti paesi del mondo.

Tossicologia

Tossicologia è la scienza che studia gli effetti indesiderati delle sostanze chimiche sugli organismi viventi, definendo quindi i limiti di sicurezza di un agente chimico (scienza della prevenzione; un tempo, invece, la tossicologia veniva definita come la “scienza dei veleni”). La tossicologia può essere clinica, alimentare, ecc… Si pone su due concetti fondamentali:

• Sicurezza: certezza pratica che l’uso di una sostanza in specifiche condizioni di quantità e di modalità di impiego non provochi un danno. Essendo che non esistono sostanze completamente sicure, il termine sicurezza è relativo e dipendente dal modo con cui viene usata tale sostanza. L’unico modo per avere l’assoluta sicurezza di non avere un effetto indesiderato è non utilizzare la sostanza in questione (es. alcool e danni epatici). La sicurezza di una sostanza chimica viene quindi definita in termini di probabilità che essa induca o meno un danno significativo durante il suo utilizzo; è possibile abbattere la probabilità (mai a 0) di avere un effetto tossico trovando una condizione che permetta di avere i minori effetti tossici (es. vie di somministrazione topiche);
• Rischio: prodotto tra azzardo (= pericolo, evento pericoloso) e probabilità che il danno si verifichi, a sua volta funzione dell’esposizione e della suscettibilità individuale; è quindi la possibilità che, in condizioni specifiche, una sostanza chimica induca un danno. Per avere rischio nullo bisogna ridurre a 0 l’esposizione. Esempio: caduta di un meteorite sulla Terra: se il meteorite colpisce la Terra (evento pericoloso) può portare alla distruzione del pianeta, ma essendo la probabilità che tale evento avvenga è molto bassa il rischio è in generale molto basso. L’azzardo è la somma delle proprietà tossicologiche intrinseche e degli effetti inducibili di uno xenobiotico, ovvero quello che potenzialmente tale sostanza può fare all’interno dell’organismo; queste caratteristiche vengono definite dalla ricerca di base che, con vari metodi e strumenti sperimentali, è in grado di determinare se una sostanza è tossica e, nel caso, che tipo di tossicità media (es. cancerogena, teratogena, epatotossica, interferente endocrino, ecc…). Se la sostanza non pone un rischio per l’uomo significa che, determinato l’azzardo, è possibile abbattere la probabilità che l’evento tossico si verifichi, a patto che vengano rispettate le corrette condizioni di esposizione.

Interazione primaria

Interazione esplicata tra il target e la sostanza con cui si entra in contatto. Una reazione primaria non è necessariamente una reazione tossica poiché la malattia si sviluppa solo se si ha un’esposizione tale da permettere il raggiungimento di strutture cellulari che, interagendo con la sostanza chimica in questione, generano una reazione primaria che si esplicherà, alla fine, con l’insorgenza del danno. Si riconoscono 3 tipi di esposizione:

• Esposizione generale: a cui tutti sono esposti. Ogni giorno si è esposti a un grandissimo numero di xenobiotici, con modalità di esposizione diverse, ma non necessariamente porteranno a tossicità poiché la reazione primaria deve avere modo di esprimersi;
• Esposizione occupazionale: a chi è esposto, per lavoro, a sostanze a cui la popolazione generale non viene esposta;
• Esposizione ad alte dosi: avvelenamenti accidentali o volontari, o intossicazioni. La scala è fatta in ordine di concentrazione di esposizione.

Valutazione del rischio tossicologico

Per valutare il rischio tossicologico di una sostanza è necessario effettuare:

• Identificazione dell’azzardo;
• Quantificazione del processo dose-risposta esposizione;
• Valutazione dell’esposizione della suscettibilità: detto nucleo di vulnerabilità;
• Caratterizzazione del rischio e analisi costo-beneficio: ne derivano le decisioni operative. Es. farmaci teratogeni: l’azzardo è la malformazione fetale che deriva dall’uso del farmaco; se però un uomo prende un farmaco teratogeno non si hanno gli effetti relativi, e stessa cosa nel caso di una donna non incinta il nucleo di vulnerabilità si limita quindi alle sole donne incinte.

Caratterizzazione dell'esposizione

Dal pov della quantità di sostanza con cui si entra in contatto, l’esposizione può essere (già vista precedentemente):

• Generale: si può entrare in contatto attraverso cibo, acqua o aria;
• Occupazionale: solo una fetta della popolazione vi entra in contatto;
• Avvelenamento: o accidentale o volontario, è un’intossicazione acuta dovuta dall’assunzione di grandi quantità di sostanza tossica.

Dal pov della durata temporale, l’esposizione può essere:

• Acuta: singola esposizione o n esposizioni in 24h. Esempi: esposizione in lab, avvelenamenti;
• Ripetuta: esposizione multipla in un certo lasso di tempo. Il grado di esposizione viene indicato come rapporto tra il tempo di esposizione e l’aspettativa media di vita dell'organismo in esame, espresso però in %; essendo che l’animale da esperimento ha solitamente aspettative di vita minori rispetto all’uomo (18 mesi vs 80 anni), sarà necessario traslare i dati ottenuti sull’animale per determinare il grado di incidenza e il tempo di esposizione sull’uomo (ecco perché si fa ricerca pre-clinica). Si divide in:
• Subacuta: non più del 5% dell'intera durata della vita dell'organismo;
• Subcronica: 5-20% della durata della vita dell'organismo (alcune settimane o mesi);
• Cronica: per l’intera durata della vita o per una grande parte di essa (ripetuta per molti mesi o anni). Queste divisioni sono importanti perché ci sono farmaci che vengono usati una sola volta (vaccini), altre per una settimana (antibiotici), altri in modo intermittente, altri in terapia cronica se sono farmaci salvavita.

Dal pov del sito d’azione, l’esposizione può essere:

• Locale;
• Sistemica;
• Mista.

Dal pov della velocità di esplicazione della tossicità, l’esposizione può essere:

• Immediata: es. shock anafilattico, corrosione da acidi;
• Ritardata: es. tumore da esposizione.

Dal pov della reversibilità, l’esposizione può essere:

• Reversibile: se il tessuto è in grado di rigenerarsi;
• Irreversibile: se il tessuto non è in grado di rigenerarsi (es. tumori).

Dal pov della durata dell’effetto tossico, l’esposizione può essere:

• Persistente;
• Transiente;
• Cumulativo: le continue esposizioni causano un danno che favorisce l’espressione dell’evento successivo;
• Latente: richiedono tempo per l’espressione della tossicità. Per fare una descrizione di tossicità è quindi necessario sapere l’effetto generato, la sua natura e localizzazione, il meccanismo di tossicità, l’organo o il tessuto bersaglio e le condizioni di esposizione che portano a tossicità.

Relazione dose – risposta

Relazione tra le caratteristiche dell’esposizione e lo spettro degli effetti tossici. Non sempre una sostanza tossica può dare tossicità in maniera dose-dipendente. Ci sono due tipi di relazione dose-risposta:

• Graduale: intensità della risposta dipendente dalla concentrazione (→ curva sigmoide, classica curva). Esprime l’andamento della risposta media della popolazione; ciò significa che ogni persona genera curve dose-risposta differenti, e si può quindi essere iporeattivi, normoreattivi o iperreattivi rispetto alla curva media. Dalla curva si ottiene o la EC₅₀ o la DL₅₀, a seconda di cosa si sta studiando, e si possono quindi calcolare e determinare indice terapeutico e margine di sicurezza (MOS); quest’ultimo permette di mettere in relazione il primo effetto tossico che può comparire in una popolazione rispetto al massimo scenario di esposizione a tale sostanza (determinata come la dose massima che deve assumere una persona iporeattiva al farmaco perché appunto sarà la quantità massima possibile). Tra IT e MOS, il MOS è un fattore più sensibile per quanto riguarda la sicurezza di un farmaco. Il margine di esposizione (MOE) rappresenta invece il rapporto tra la dose a cui un effetto avverso di piccola entità, ma comunque misurabile, viene osservato per la prima volta e il livello di esposizione alla sostanza in esame; è quindi il contrario rispetto al MOS;
• Quantale: dopo aver identificato uno specifico effetto che si vuole valutare si determina la dose necessaria per produrre tale effetto in ogni individuo della popolazione. Esprime quindi una risposta di tipo “tutto o nulla”. Le risposte quantali sono rappresentate con istogramma di frequenza o con curva cumulativa (ottenuta dall’istogramma di frequenza), calcolando per ciascuna dose la percentuale di individui che rispondono al tossico rispetto al numero totale, sommando quindi tale percentuale alla percentuale relativa a tutte le dosi inferiori a quella considerata. In questo tipo di curve, la EC₅₀ è valutata come la dose di farmaco in grado di determinare l’effetto desiderato nel 50% della popolazione considerata, coincidendo quindi con il massimo della gaussiana. Dal grafico è anche possibile vedere che la percentuale di individui che necessita più o meno attivo rispetto alla EC₅₀ (e DL₅₀) tende a diminuire, e ciò significa che tali soggetti saranno rispettivamente iporeattivi o iperreattivi a tale attivo in studio.

La dose necessaria per produrre un effetto tossico è la dose soglia. Valutando l’andamento della tossicità all’aumentare della concentrazione, se una sostanza x ha effetto avverso, ed è quindi tossica, la sua curva avrà un andamento crescente, mentre se ha effetto protettivo dalla tossicità l’andamento sarà decrescente. Nel caso in cui la sostanza sia tossica a dosi sia alte che basse, e protettiva a dosi intermedie, si ottiene un grafico misto che permette di determinare una zona di concentrazione alla quale si hanno i minori effetti tossici: in questo intervallo di concentrazione si permette la generazione di una condizione di ormesi. Dalle curve è possibile anche determinare:

• Potenza: data dalla posizione relativa della curve dose-risposta. È quantificata in termini di EC₅₀, e maggiore è tale valore minore sarà la potenza;
• Efficacia: entità della risposta.

Meccanismi di tossicità

La moltitudine di composti chimici con cui si entra in contatto (eventualmente per esposizione multipla nell’arco di una giornata) può interagire con una moltitudine di strutture biologiche portando ad una moltitudine di potenziali effetti tossici. I processi che possono portare a tossicità possono essere:

• Diretti: più rari. In un meccanismo diretto, il tossico incontra il target esprimendo direttamente l’effetto; non c’è fase farmacocinetica. È il caso dei danni locali (es. acido sulla cute, irritazione della mucosa nasale per inalazione di ammoniaca o acido acetico);
• Indiretti: più comuni. La tossicità può essere dovuta sia all’azione del tossico sul target e successiva espressione della reazione primaria, o può essere dovuta all’interazione del tossico con il microambiente biologico concorrendo alla formazione della lesione primaria (ed eventualmente tossicità)(vedi dopo). Richiedono numerosi passaggi, e ognuno condiziona la possibilità dell'avverarsi del successivo (solitamente la aumentano).

Le tappe fondamentali che si verificano tra esposizione e manifestazione di tossicità sono:

• Cessione: localizzazione della sostanza tossica sull’organo bersaglio;
• Distribuzione: diffusione a livello sistemico del tossico partendo dal sito di ingresso;
• Interazione: si può esprimere tramite:
  • Reazione primaria: interazione col bersaglio primario;
  • Alterazione del sistema biologico: interazione con diverse strutture a livello sistemico.
• Disfunzione e danno: originato dalla interazione del tossico;
• Riparazione e adattamento: se questi sistemi falliscono portano ad espressione del danno. Maggiore il numero di passaggi, maggiore la complessità del meccanismo.

Fasi del processo di espressione della tossicità

• Raggiungimento della concentrazione biologica efficace: sappiamo che non può esserci danno senza esposizione, ma non tutte le esposizioni possono portare ad danno poiché l’entità di quest’ultimo dipende dalla concentrazione che raggiunge la sostanza a livello del target e non solo da quella somministrata. La concentrazione di una sostanza nel suo sito d’azione non è sempre la stessa per ogni sostanza e individuo, a parità di dose somministrata, poiché la farmacocinetica varia; detta in altro modo, tra concentrazione di esposizione e concentrazione biologica efficace di tossico che raggiunge il suo target si trova l’ADME, ovvero il meccanismo biocinetico della sostanza, influenzato sia dalle caratteristiche dell’organismo che dalle caratteristiche chimico-fisiche della sostanza. Quindi, per riassumere: le caratteristiche che impattano sulla biocinetica impattano a loro volta sulla concentrazione biologica efficace. Le diverse fasi del processo biocinetico sono caratterizzate ognuna da una corrispondente fase uguale (di intensità) e contraria (di meccanismo) il percorso ADME non è unidirezionale:
• Assorbimento – eliminazione pre-sistemica: se lo xenobiotico viene eliminato appena assorbito, la concentrazione biologica efficace verrà raggiunta più...