Farmacologia

Farmacologia

Farmacologia → divisa in farmacologia generale e speciale (o molecolare).

La farmacologia generale si divide a sua volta in:

• Farmacocinetica, descrive il percorso del farmaco nel nostro organismo → dal momento in cui viene somministrato al momento in cui esce dall'organismo (quello che noi facciamo al farmaco). È diviso in 4 fasi A-D-M-E.

Avere una buona farmacocinetica significa che → il mio farmaco arriva al bersaglio molecolare a una [ ] e per un tempo sufficiente perché il mio principio attivo possa efficientemente legare il suo bersaglio e avere l'effetto terapeutico.

• Farmacodinamica invece descrive gli eventi biochimici e cellulari che conseguono all'interazione del farmaco col suo bersaglio molecolare (quello che il farmaco fa al nostro organismo).

Un aspetto molto importante è che anche se vengono studiate singolarmente, in realtà le fasi ADME avvengono quasi simultaneamente. Ad esempio parte del farmaco è già stato biotrasformato e un'altra parte sta per essere distribuita.

Perché si studia la PK di un farmaco? Fino agli anni '90 circa, nei trials clinici si studiava principalmente la farmacodinamica (l'altra causa principale del fallimento era il risvolto tossico del farmaco). Oggigiorno si dà importanza anche alla PK (si è passata da una % di fallimento dovuta alla PK del 40% all'8%, la tossicità invece è rimasta sul 30%).

La farmacologia speciale o molecolare invece tratta il meccanismo d'azione specifico dei farmaci. Non tratteremo i singoli farmaci ma capiremo i meccanismi d'azione tramite esempi.

Meccanismo d'azione

Quando si parla di meccanismo d'azione si includono 3 casistiche:

• Specifico → questo nella maggioranza dei casi. Gli effetti del farmaco sono basati su interazioni selettive e specifiche con molecole biologiche (recettore).
• Aspecifico → non si basano sull'interazione diretta con una macromolecola ma devono il loro effetto alle loro proprietà chimico-fisiche. Lassativi o diuretici lo fanno perché hanno delle proprietà osmotiche. I farmaci antiacidi (es. il Maalox) devono la loro efficacia alle loro caratteristiche acido-base. Questi non hanno un bersaglio specifico!! Ma anche farmaci ad azione antibatterica, hanno proprietà ossidoriduttiva.

I farmaci specifici agiscono spesso a basse dosi, quelli aspecifici ad alte dosi. L'effetto di un farmaco specifico è riproducibile con sostanze strutturalmente simili. Per quelli aspecifici la struttura può essere diversa, l'importante è la caratteristica chimico-fisica.

• Semispecifico → quest'ultima “classe” ha un unico rappresentante, gli anestetici generali (non possiamo integrarli nelle altre 2 categorie), usati per l'anestesia generale e profonda. Interagiscono con un recettore specifico nel nostro SNC (specifico) + caratteristiche chimico-fisiche: un'elevata lipofilia (aspecifico) che perturba le membrane biologiche, incluse quelle neuronali.

Studieremo i meccanismi d'azione partendo dal bersaglio molecolare.

Bersagli molecolari dei farmaci

Quali sono i bersagli (macromolecole) dei farmaci che usiamo comunemente? Proteine → numerosi sono gli enzimi, molti farmaci agiscono da inibitori enzimatici.

Enzimi bersagli dei farmaci sono:

• Vitamina K reduttasi, bersaglio degli anticoagulanti
• Ciclossigenasi → bersaglio dei FANS (farmaci antinfiammatori non steroidei), tra i più assunti (Voltaren, aspirina, Moment..)
• Monoamminoossidasi MAO → bersaglio di 2 classi di farmaci, antidepressivi e antiparkinson
• Acetilcolinesterasi → bersaglio dei farmaci, unici a disposizione per il trattamento del morbo di Alzheimer.

Altre proteine come bersaglio → proteine che hanno funzione di pompe o trasportatori:

• Trasportatore serotonina (neurotrasmettitore) → bersaglio dei farmaci antidepressivi
• Pompa H+/K+ → bersaglio dei farmaci antiulcera.

Proteine strutturali come bersagli:

• Beta tubulina → è una proteina che va a costituire i microtubuli quindi strutturale, bersaglio di una classe di farmaci antimitotici/antineoplastici.

I recettori proteici sono molto usati appunto come bersaglio. Conosciamo 4 tipi di recettori, li vedremo tutti.

Anche gli acidi nucleici possono fungere da bersaglio → il DNA è bersaglio di un'ampia classe di antineoplastici (antitumorali).

Sviluppo di un farmaco

Se c'è problematica → rimandato indietro nel processo di sviluppo.

• Fase 1 pre-clinica (6-7 anni) → dalla ricerca e scoperta del bersaglio molecolare, i chimici farmaceutici sviluppano molecole adatte all'interazione con questo bersaglio. Abbiamo un n° intorno alle 8k – 10k molecole. Studi principali sulla farmacocinetica (ciò che l'organismo fa al farmaco), non servono a stabilire l'efficacia! Si studia qui anche la tossicità, la massima dose tollerabile MTD.

I soggetti saranno volontari sani, non malati → cavie (20-80 anni).

• Fase 2 → test clinici (o trials clinici) 7 anni, ho molte molte meno molecole. Valuto l'efficacia terapeutica, mi concentro sulla farmacodinamica → ciò che il farmaco fa all'organismo!!

Prima ho valutato la MTD ora vado ad individuare la dose efficace. I soggetti sono reclutati (100-200 pazienti), sono pazienti e non volontari.

• Fase 3 → studi multicentrici (strutture diverse) sull'efficacia e la tollerabilità in un campione molto più ampio, migliaia. Individuo la dose finale (posologia).

Se il farmaco è per una patologia per la quale non c'è cura → metà pazienti placebo / metà farmaco nuovo. Per includere i pazienti in questi trials: il test dev'essere a doppio cieco (ossia né il medico né il paziente devo sapere cosa viene somministrato), criteri d'inclusione (es, non prendere altri farmaci), campione random (maschi, femmine, adulti ecc), il campione dev'essere rappresentativo di chi assumerà il farmaco.

Se invece c'è già un prodotto a disposizione → lo confronto con il gold standard (il migliore fino ad allora utilizzato), può essere più tollerabile con la stessa efficacia magari. Vengono usati gruppi di controllo.

• Fase 4 → il farmaco è in commercio e viene seguito (farmacovigilanza).

Se approvato è prescrivibile ma i medici sono chiamati a riferire su problematiche.

Amplio le conoscenze sugli effetti collaterali + valuto effetti a lungo termine.

Nei trials clinici → fattore d'inclusione è il non assumere altri farmaci, nella realtà invece i pazienti possono assumere altri farmaci in contemporanea quindi vedrò quali saranno le interazioni farmacologiche. Utile anche per l'aggiornamento dei foglietti illustrativi dei medicinali.

Drug attrition rate → indica come da migliaia di molecole arrivo soltanto a 1. Più miglioro gli aspetti preclinici più l'imbuto sarà più ampio e quindi la perdita dei candidati farmaci potrà essere ridotta.

Lezione 2 - ADME

Durante il processo di sviluppo di un farmaco si valutano le 4 fasi farmacocinetiche singolarmente con un parametro numerico:

• Assorbimento → biodisponibilità, come sarà l'assorbimento di questo farmaco
• Distribuzione → volume di distribuzione, come sarà la distribuzione del farmaco
• Metabolismo → stabilità metabolica, come sarà metabolizzato il mio farmaco
• Escrezione → clearance, come sarà escreto? Riusciamo ad eliminarlo facilmente?

Sono parametri chiaramente oggettivi.

In genere questi valori vengono ottenuti tramite test in vitro. Se per il mio principio attivo questi 4 parametri saranno buoni, dovrò valutare nell'insieme la farmacocinetica quindi passerò ad un test in vivo per la valutazione finale e ci farà concludere l'analisi → lo classifico come adatto/buono/fallimentare ecc.

Assorbimento

Passaggio del farmaco dal sito di somministrazione al torrente circolatorio.

Cosa regola il processo d'assorbimento del farmaco? Alcuni parametri dipendenti dal nostro organismo e altri invece dal farmaco:

Via di somministrazione → divise in topica + sistemica. Viene definita sistemica se porta il farmaco al torrente circolatorio. La via topica, è un via per cui è la cute ad essere la sede di applicazione del farmaco, quando lo applichiamo topicamente possiamo avere 2 conseguenze: attraversa tutta la cute e arrivare al sangue (e diventare quindi sistemico) oppure il farmaco rimane a livello locale.

Vie enterali

Le vie sistemiche si dividono in enterali e parenterali.

Enterali:

• Via orale → è la via di automedicamento per eccellenza, è la via più ambita nello sviluppo di un farmaco siccome molti devono essere assunti in maniera cronica. La sede di assorbimento del farmaco è l'intestino tenue!! Che è servito dal sistema portale epatico quindi: vena porta → fegato → resto della circolazione.

Sono 3 gli aspetti che modulano l'assorbimento per via orale: l'interazione con il cibo, la somministrazione dev'essere fatta lontano dai pasti (maggior parte dei casi), questo in assenza di limitazioni. Ci sono alcuni farmaci tuttavia che presentano un'azione lesiva a livello delle mucose sia gastriche che intestinali, i FANS ad esempio (tra i suoi effetti tossici erosione a livello gastrico → ulcere), quindi qui sarà meglio mangiare. Altri farmaci inoltre possono interagire con determinati alimenti, questa quota di farmaco non sarà quindi assorbita (esempio: famiglia di antibiotici, le tetracicline, che data la loro struttura chimica hanno la capacità di legare il calcio, se assunti insieme ad alimenti ricchi di calcio il farmaco andrà a legare il calcio contenuto in questi alimenti e quindi non disponibile per essere assorbito).

Il passaggio dal fegato (il tenue è servito dal sistema portale epatico quindi il farmaco raggiunge il torrente arrivando alla vena porta – passa dal fegato – e poi passa alla circolazione sistemica) è un passaggio necessario, prima di passare al torrente deve passare dal fegato qui avviene un processo metabolico, ha un effetto detto di primo passaggio epatico → limita la quantità di farmaco rispetto a quella che ho somministrato che arriverà alla circolazione sistemica.

Terza caratteristica importante della via orale è il fatto che a livello delle cellule dell'epitelio dell'intestino tenue (sede in cui avviene l'assorbimento dei farmaci somministrati per via orali) è presente una proteina di membrana, con funzione di pompa di estrusione, la glicoproteina P, è ATP dipendente. Il farmaco arriva nell'intestino, se questo è substrato della glicoproteina P (la quale non ha una grossa selettività quindi ha diversi substrati), viene modulato da questa proteina di membrana, come? Viene ributtato in gran parte fuori dalla cellula e quindi solo una piccola quantità riesce ad andare nel torrente. L'energia necessaria per buttare fuori il farmaco è presa dall'idrolisi dell'ATP.

Come faccio ad avere un assorbimento elevato? Aumento il farmaco.

Qual è la problematica di essere substrato della glicoproteina P? È di natura genetica. Il gene che codifica per la glicoproteina P, gene MDR1, è presente sotto forma di diverse varianti alleliche polimorfiche. Il gene degli individui wild type codifica per P-gp con capacità estrusiva buona (prendo questo valore come canonico), se la glicoproteina P non è espressa nel modo corretto? Avrò una capacità di estrusione minore e quindi la [ ] del farmaco sarà maggiore fino ad arrivare alla tossicità.

In più può succedere che un paziente assuma di diversi farmaci → competizione tra i farmaci per questa pompa. Quello che avrà un'affinità minore per la P-gp sarà assorbito in quantità maggiore rispetto all'altro perché meno estruso → potremmo avere quindi un dosaggio tossico.

Si fa un test (peraltro abbastanza costoso) predittivo per l'assorbimento in via orale, è in vitro. Usa le cellule Caco-2, linea cellulare di adeno-carcinoma del colon umano ma rappresentano un buon modello del nostro epitelio intestinale. Prevede l'uso di un sistema bicamerale, una superiore in cui viene fatto crescere lo strato di cellule Caco-2 a confluenza e una inferiore. Viene posta nella camera sup una [ ] nota della mia molecola e dopo un tempo prestabilito si quantifica la [ ] che ha raggiunto il compartimento baso-laterale. Il parametro che ricaviamo → permeabilità apparente, predittivo dell'assorbimento a livello dell'epitelio intestinale.

Papp = (dQ/dt) / C0*A quantità di farmaco che ha attraversato il monostrato di cellule Caco-2 nell'unità di tempo, ovviamente rapportato alla [ ] iniziale di farmaco aggiunta nel compartimento apicale * area monostrato.

Il valore ricavato: Papp < 2*10^-6 cm/s → bassa permeabilità → questa molecola non sarà assorbita in maniera buona a livello intestinale → non può essere somministrata per via orale.

2*10^-6 cm/s < Papp < 20*10^-6 cm/s → media permeabilità.

Con questo test posso capire anche se il mio futuro farmaco è substrato della glicoproteina P.

Inserisco un inibitore della glicoproteina P, metto la stessa [ ] farmaco e rifaccio il test. Se ritrovo lo stesso indice Papp → il mio farmaco non ha affinità, non è substrato.

Papp superiore a quello precedente → il blocco della glicoproteina P ha favorito il passaggio, quindi il mio farmaco presenta un certo grado di affinità per la proteine di estrusione.

• Via sub-linguale → il passaggio al torrente avviene attraverso le vene linguali e sublinguali, dette ranine, la caratteristica di questa somministrazione è un discorso anatomico poiché le vene sublinguali servono la giugulare interna, questa a sua volta la vena cava superiore e infine arriva all'atrio dx e poi a tutta la circolazione sistemica. Attraverso questa via possono essere somministrati farmaci adatti ad avere un effetto rapido sul cuore quindi per patologie cardiache (arrivo rapido all'atrio destro del cuore).
• Via rettale → sito di somministrazione è l'intestino retto, il passaggio avviene attraverso il plesso venoso emorroidale, poi la vena iliaca e la vena porta, si raggiunge la circolazione sistemica. Ultima via enterale, sono 3 in totale: orale, sub-linguale e rettale.

Vie parenterali

Vie parenterali, si riferiscono alla somministrazione di medicamenti per iniezione attraverso i tegumenti o direttamente in circolo, si ha così una risposta in tempi rapidi. Sono molto numerose: endovenosa, intramuscolare, sottocutanea, intradermica, inalatoria le più usate.

• Via endovenosa → il farmaco viene iniettato direttamente in vena, è l'unica via di somministrazione per cui il processo di assorbimento chiaramente non esiste
• Intramuscolare - sottocutanea - intradermica → per eseguire una somministrazione di questo tipo bisogna applicare l'iniezione a 90° per il muscolo, 45° per il sottocute e circa 15° per arrivare il derma. Attraverso i capillari che irrorano il sottocute, il muscolo o il derma da questa passerà al torrente
• Via inalatoria → prevede che il farmaco abbia come sito d'applicazione gli alveoli polmonari. Va nel circolo sistemico, è quindi una via sistemica sicuramente ma l'accumulo maggiore di farmaco sarà a carico dei bronchi e vie respiratorie quindi usata per problemi alle vie respiratorie
• Via intraperitoneale → farmaco iniettato nel peritoneo ovvero la cavità addominale che avvolge e racchiude gli organi presenti a livello addominale
• Epidurale e intratecali → il farmaco viene inoculato nel liquor (intratecale) oppure nel canale vertebrale ma esternamente alla dura madre (epidurale)
• Intra-articolare → farmaco iniettato a livello dei fluidi di un'articolazione, una via che non presuppone un'ampia distribuzione nel torrente circolatorio, è più locale
• Intrarteriosa, al contrario della endovenosa questa viene iniettata all'interno di un'arteria (tipicamente quella femorale o iliaca). Anche qui si salta il processo di assorbimento.

Sia il grado di assorbimento (quantità) + velocità con la quale arriva nel torrente circolatorio fanno sì che la via endovenosa sia la migliore mentre la via orale sia la peggiore. Endovenosa seguita dalla inalatoria e sub-linguale.

Facendo un grafico y= [farmaco] nel plasma e x= tempo vedo che per l'endovenosa ho il picco al tempo 0. Per la intramuscolare (una via discretamente efficiente) ho un picco abbastanza veloce ma non immediato mentre per la via orale avrò un picco ritardato.

Lezione 3

Altri parametri, oltre alla via di somministrazione che influenzano l'assorbimento di un farmaco sono: le caratteristiche della superficie assorbente, le caratteristiche chimico-fisiche del farmaco e la formulazione (ciò che viene somministrato non è solo il principio attivo ma ci saranno anche altre molecole, dette eccipienti, che possono modulare il processo d'assorbimento del mio farmaco).

Caratteristiche della superficie assorbente

Questa al contrario della via di somministrazione ha caratteristiche che non possiamo variare. Ma quali sono le caratteristiche della superficie e in che modo modulano l'assorbimento? Sono 3:

• Permeabilità → il grado di assorbimento di un farmaco (velocità e quantità) sarà inversamente proporzionale allo spessore dell'epitelio. La cute ad es è pluristratificata e corneificata quindi se somministro un uso topico di un farmaco la permeabilità è svantaggiata,