Appunti corso: Medicinal Chemistry

Processo di sviluppo del farmaco

first human dose). In questa fase viene investigato il metabolismo (identificazione metaboliti e loro proprietà), la tossicologia (test in vivo e in vitro per tossicità acuta e cronica), la farmacologia (selettività sul target) e anche la formulazione (test di stabilità e metodo di somministrazione).

Sviluppo chimico e di processo: sviluppo di una strada sintetica per produzione su larga scala (fino a 1000 kg) con dettagli sull'intero processo per una produzione con alte rese e ottima purezza.

Sintesi di 1 kg x test pre-clinici iniziali

Sintesi di 10 kg x studi tossicologici, formulazioni e test clinici iniziali

Sintesi di 100 kg x test clinici.

Questioni regolamentari/brevetti: I brevetti vanno effettuati appena il potenziale farmaco viene identificato, quindi prima dei test pre-clinici e clinici e si perdono così anni di protezione. Non è possibile brevettare una struttura precisa quindi si brevetta un gruppo di composti etendenzialmente.

Anche il metodo di produzione. Il farmaco deve essere approvato dagli appositi enti regolatori: FDA (USA) e EMEA (European agency for the evaluation of medicinal products).

Le informazioni raccolte fino a questo punto vengono sottomesse alle autorità sotto forma di IND application (Investigtional New Drug application). Se l'IND viene approvato, si procede con la Fase clinica (umani).

5) Test clinici: Suddivisi in 4 fasi

Fase I: circa 1 anno. 100-200 volontari sani, utile per stabilire la dose e per studiare le proprietà PK e PD, incluso il metabolismo.

Fase II: circa 2 anni. 100-500 pazienti, effettuato come studio in doppio cieco (effetto placebo). Dimostra se il farmaco è terapeuticamente utile e definisce il regime di dosaggio.

Fase IIIa: 1000-500 pazienti. Conferma statistica di efficacia e sicurezza ed informazioni sullo stato di salute. Possibili studi comparativi.

Fase IIIb: dati per sostenere il lancio sul mercato

Fase IV: dopo l'approvazione farmaco.

Assays of large collections of small molecules.

Screening di oltre 1 mln di composti: misura di Ca o cAMP, uso di radioligandi.

Lo screening può essere focalizzato su un certo set di composti oppure si può fare lo screening di una libreria DOS. Nel primo caso si testano dei composti selezionati in base a determinati criteri o mediante progettazione e sintesi di librerie di composti basati sul target. Nel secondo caso invece la libreria viene creata per diversity oriented synthesis: librerie di composti caratterizzati da uno o più stereocentri e da una diversità chimica generale.

Vengono testati 10^6 composti, ma solo 10 vengono identificati come hit.

La strategia di scoperta degli hit può essere di tipo:

• Basata sul target: si basa sull'ipotesi che un certo target sia coinvolto nella malattia. I composti vengono testati verso il target per identificare quelle molecole che ne modulano la funzione. Dopodiché questi vengono testati

fenotipicamente per verificare se producono l'effetto desiderato. In questo modo è possibile ottimizzare il composto sulla base della struttura, ma viene richiesto una profonda conoscenza della biologia molecolare del disturbo.

- Fenotipica: i composti vengono testati su modelli di cellule malate o su organismi target per identificare quei composti che causano un evidente cambiamento nel fenotipo. Si ha un riscontro immediato ma può essere difficile ottimizzare poi il composto e l'identificazione del target e del suo modo di azione può essere difficoltosa.

b) Test su prodotti naturali - Nonostante la crescita dell'HTS come parte integrante della fase di scoperta, i prodotti naturali giocano ancora un ruolo fondamentale come punti di partenza per nuovi farmaci. Sono disponibili in piccola quantità e/o come miscele e presentano complessità molecolare e quindi spesso sono associati problemi con la sintesi o con l'estrazione.

L'identificazione e il funzionamento del principio attivo possono essere difficili da comprendere ma la grande diversità chimica, l'alto numero di centri chirali, la presenza di eteroatomi e l'alto livello di insaturazione non-aromatica sono fattori ben noti per migliorare la specificità e l'efficacia di un composto.

I derivati dalle piante sono spesso usati come punti di partenza, viene richiesta una certa competenza per identificare correttamente il componente bioattivo.

Esempi: Morfina (analgesico), Tassolo (anti-cancerogeno), Acido salicilico Aspirina (anti-infiammatorio), Cocaina Procaina (anestetico locale).

I micro-organismi sono la maggiore fonte di farmaci anti-microbici. Hanno infatti sviluppato delle abilità per prevenire la proliferazione di specie con cui competono.

Esempi: Penicillina, Streptomicina, Cefalosporina.

Anche nel mondo marino sono presenti molte potenziali fonti di nuovi agenti bioattivi. Coralli, spugne.

I micro-organismi marini hanno un interessante potenziale come anti-infiammatori, anti-virali ed anti-cancerogeni. È un campo in forte sviluppo negli ultimi anni grazie anche alla varietà strutturale. Vengono spesso utilizzate anche delle tossine animali. Esempi: Teprotide (lead compound per lo sviluppo di anti-ipertensivi), Epibatidine (agonista nicotinico, potente analgesico).

c) CADD – computer-aided drug design- Metodo diretto, SBDD: struttura 3D target nota; determinazione e ottimizzazione delle forze responsabili del riconoscimento molecolare – forma, carica, H-bond, complementarietà idrofobica (Docking, De novo design, FBD)- Metodo indiretto, LBDD: struttura 3D target non nota; ricerca dei fattori comuni e non tra composti attivi e inattivi per localizzare i requisiti di riconoscimento e legame (QSAR studies, pharmacophore modeling, shaped-based design) Protein structure known unknown2SBDD LBDD Docking QSAR, known Ligand Pharmacophore shape structure SBDD

1. De novo design, Diversityunknown 3FBDd) Peptidi e peptidomimetici – Peptidi sia di natura sintetica che derivati da frammenti di ligandi endogeni servono come basi per la ricerca di peptidomimetici. Spesso lo studio della SAR di un peptide è il primo step nel definire una sequenza minima fondamentale per la modulazione del target. Ci sono diversi problemi riguardanti la stabilità di questi composti quando somministrati in vivo per cui ci si muove verso la trasformazione in strutture mimetiche o interamente non-peptidiche
2. FBDD – fragment-based drug discovery µM) Si testano piccoli frammenti che si pensa abbiano un modesto livello di potenza (»100 per poi unirli ed ottenere un composto con buona affinità. L’incorporazione di strutture privilegiate (strutture presenti in molte molecole biologicamente rilevanti come tetrazolo, piridina, pirimidina, ossazolo) è importante per impartire caratteristiche favorevoli, come la solubilità,

ai nuovi lead. L'FBDD inizia con un frammento hit a basso peso molecolare e con una elevata solubilità che si lega al µMtarget con affinità nel range dai mM ai e segue la "Regole dei Tre":

• MW < 300
• clogP 3
• H-bond donors/acceptors 3

In questo modo è possibile generare un lead senza che il peso molecolare o altri parametri diventino eccessivamente grandi. Di solito questo frammento si lega molto bene ad una piccola regione del sito di legame del recettore (hot spot) e fornisce un ottimo punto di partenza per l'ottimizzazione.

Per identificare queste interazioni vengono utilizzate diverse tecniche tra cui NMR, raggi X e MS.

Una volta identificato il frammento che si lega al sito attivo della proteina, bisogna unire i vari frammenti per ottenere un valido ligando.

Fragment linking Fragment self-assembly

2 Ligand-based drug design

3 Fragment-based design 6

Si definisce