Appunti per il corso annuale di farmacognosia e farmacoterapia

FARMACOGNOSIA

linea L-Z prof Sala

AA 2021-22 LEZIONE 1-2

cos’è

Che la farmacologia?

La farmacologia si occupa dello studio dei farmaci e con farmaco si intende una sostanza o un

prodotto utilizzato per modificare o esaminare funzioni fisiologiche o stati patologici a beneficio del

‘farmacologia’

paziente. Samuel Dale è il primo che usa il termine (1698).

La prima classificazione di piante medicinali fu in Cina nel 2800 aC e nel 500 aC abbiamo un

secondo testo (Egitto)

• 460-377 aC Ippocrate, padre della moderna medicina: capisce che le patologie sono reazioni

dell’organismo

anomale e non sono dovute a spiriti maligni.

• 135- 201 dC Galeno sostiene che ci siano 4 umori nel nostro organismo che debbano

essere mantenuti in equilibrio

• → dell’epoca

980. 1037 dC: canone di Avicenna summa di tutte le conoscenze

‘Pharmakon’,

La parola farmacologia deriva dal greco: che significa rimedio o veleno => è la dose

che fa la differenza.

La farmacognosia parla di tutto ciò che è naturale indipendentemente se sia di origine animale o

vegetale.

Nel Medioevo nasce la medicina monastica che si basa sul tramandare il sapere degli antichi unito

alla necessità di assistere i malati poveri ed alla coltura dei ‘semplici’ caratteristica dell’erboristeria

monastica. Tutto questo viene fatto sulla base della dottrina di Ippocrate, Galeno e Avicenna.

• XVI secolo: i farmaci devono essere soggetti a studio ed analisi critica.

‘tutto

1. può essere veleno perché non vi è nulla privo di tossicità. È solo la dose che rende

una cosa velenosa’→Paracelso viene definito il fondatore della farmacologia, della tossicologia

e della chimica farmaceutica.

‘scopo

2. della chimica è produrre delle medicine per la terapia delle patologie poiché tutte le

chimica’

funzioni vitali sono di natura

1498→esce la prima vera Farmacopea

- 1626 →Bacone suggerisce l’approccio sistematico all’analisi dei problemi attraverso la

-1561- l’elaborazione

raccolta e di dati empirici.

1957→Bovet l’identificazione

- vince il Nobel per dei bersagli delle attività farmacologiche.

- Circa il 25% dei farmaci prescritti nel mondo sono di origine vegetale

- circa il 50% di tutti i farmaci approvati sono direttamente o indirettamente di derivazione

naturale. Di tutte le piante solo poche migliaia sono valutate farmacologicamente perché:

• 1/1o’ooo

il costo è elevato e la % di successo è di

• 50 kg di materiale grezzo per studi preclinici + 20 tonnellate per completare gli studi

• l’intervento

processo multidisciplinare che richiede di diverse figure.

• è inoltre necessario raggiungere uno sviluppo sostenibile: bisogna identificare precursori per

raggiungere il principio attivo.

Come si arriva alla selezione di una pianta come potenziale medicinale?

1. osservo con attenzione la medicina popolare presente in diverse culture

l’attività →sicuramente

2. valuto farmacologica di piante note per la loro tossicità le piante

con l’organismo

tossiche interagiscono

osservo l’ambiente in cui si sviluppano le piante:

3. molto spesso le piante devono difendersi

dall’ambiente nel quale crescono sviluppando dei metaboliti secondari che sono dei deterrenti

per gli organismi che possono essere dannosi per la pianta stessa.

4. ricerca randomizzata: anche gli antitumorali sono dei farmaci in cui vi è un grande

SVILUPPO DEI FARMACI

Lo sviluppo del farmaco è un processo lungo, indipendentemente dall’origine del principio

attivo.

Devono essere seguite delle tappe che portano alla fine alla regolazione da parte di un

l’Europa.

ente regolatorio: EMA (European Medical Agency) per quanto riguarda

Dobbiamo prima passare dalla fase di caratterizzazione della molecola stessa, dobbiamo

identificare la molecola, capire come funziona e se funziona nei modelli animali, dobbiamo

vedere se è sicura. Una parte importante dello sviluppo del farmaco è quello di valutare la sua

sicurezza e gli eventuali effetti tossici.

Una volta che il farmaco è stato caratterizzato ed è stato definito per la sua efficacia e per la sua

l’autorizzazione per l’uso nell’uomo.

sicurezza allora si chiede

Ci vogliono già diversi anni per caratterizzare la molecola e ci vogliono altrettanti anni per

l’autorizzazione nell’uomo.

riuscire a ottenere per usarlo

Se tutto questo ha successo avviene la richiesta per l’autorizzazione di mettere il

farmaco in commercio.

Per arrivare alla molecola che vogliamo sviluppare si tratta in prima battuta di

identificare, nell’ambito della patologia sulla quale vogliamo intervenire, il bersaglio

farmacologico.

Come arriviamo a definire il bersaglio?

Dobbiamo conoscere la patologia a livello molecolare e se sappiamo quali sono i sistemi

coinvolti e quali sono le alterazioni nella manifestazione della patologia, allora possiamo pensare

di interferire con quei sistemi.

Se sappiamo che il Parkinson è da imputare a un deficit di un neurotrasmettitore del SNC

possiamo intervenire fornendo un precursore in modo che le cellule possano sintetizzare una

quantità maggiore di questo neurotrasmettitore.

Se sappiamo che una patologia coinvolge l’iperattivazione di un recettore a livello del sistema

interessato dalla patologia stessa allora il bersaglio sarà questo recettore e dovremo sviluppare

delle molecole che potranno interagire con il recettore e possano prevenire l’attività del

neurotrasmettitore.

Quindi le conoscenze molecolari ci danno le informazioni su come dobbiamo

intervenire. Se sappiamo ad esempio i meccanismi e gli enzimi coinvolti nella sintesi

l’ipercolestoremia è una delle patologie più diffuse nel mondo

del colesterolo:

occidentale ed andare a inibire uno dei sistemi enzimatici coinvolti nella sintesi del

colesterolo è un bersaglio di interesse se vogliamo andare a intervenire su questa

patologia che ha poi delle conseguenze anche a livello di altri organi. Possiamo

intervenire mimando a un qualcosa di specifico da dover curare.

Bersagli farmacologici sono spesso obiettivi di studio di molti gruppi accademici: si

cercano di identificare nuovi bersagli farmacologici per sviluppare nuove molecole.

Un approccio più recente è quello relativo all’analisi del genoma: studiando il genoma si

possono trovare mutazioni che sono riconducibili al manifestarsi di una patologia.

Non stiamo parlando di andare a identificare delle alterazioni geniche che sono in qualche

modo direttamente responsabili della patologia come nel caso della fibrosi cistica, che

coinvolge una serie di alterazioni genetiche a carico di un sistema di trasporto degli ioni a

livello degli epiteli che è direttamente responsabile della manifestazione della patologia stessa.

Ma in questo caso noi stiamo parlando dell’andare a studiare le variazioni a livello del

c’è la possibilità di

genoma che possono essere associate al manifestarsi di una patologia,

evidenziare degli aspetti nel genoma che rappresentano un fattore di rischio.

Alcune società come deCODE ricercano a livello delle mutazioni puntiformi che generano al

momento della traduzione una proteina diversa o non funzionante.

Anche quando non siamo in una zona codificante, come nella zona promotore di un gene che

l’espressione del gene, può cambiare la modalità con cui la cellula risponde ad uno

controlla

stimolo che dovrebbe portare alla stimolazione di quella proteina.

deCODE ha avuto la possibilità di avere un portale unico ricco di informazioni, ha potuto fare

delle mappe e delle analisi della popolazione islandese; tramite questo approccio di popolazione

non c’è il rischio di analizzare solo dei sottogruppi che possono dare una visione distorta o

parziale, è un approccio appropriato per identificare dei fattori a livello del genoma e che

rappresentano un indice di rischio per quanto riguarda una patologia.

Quindi come obiettivo queste società hanno la sintesi di nuovi farmaci, ma allo stesso tempo

conferisce informazioni di tipo analitico quindi informazioni sul rischio di potenziali patologie

sulla presenza o meno di marker genetici che sono stati identificati.

L’interesse dal nostro punto di vista è legato al fatto che è possibile utilizzare questo tipo di

informazione, ossia alterazioni a livello del genoma, serve per identificare un potenziale bersaglio.

Ad esempio è stato visto che una mutazione a livello della proteina amiloide-beta-precursore in

una precisa sequenza amminoacidica diminuiva fortemente il rischio del manifestarsi

dell’Alzheimer.

La sostituzione amminoacidica di questa proteina è adiacente a un sito proteasico; questi siti

possono rappresentare un potenziale bersaglio farmacologico: nei soggetti che non hanno questa

modificazione possiamo inibire l’attività proteasica che porta a questi frammenti

Un lavoro dello stesso gruppo riguarda una mutazione in una proteina coinvolta nel metabolismo

dell’acido arachidonico fosse associata a un aumentato rischio nell’infarto del miocardio e di

ischemia cerebrale: dato che in questo caso si tratta di una proteina che ha un ruolo nella sintesi

mediatori dell’infiammazione, il bersaglio farmacologico che emerge da queste osservazioni

di è

metabolica che porta alla sintesi di questi mediatori dell’infiammazione e come interferire

la via

con questa via metabolica, attraverso alcuni inibitori a livelli diversi del suo percorso, possa

rappresentare, a seconda di quello che si osserva nei soggetti mutati, una via di protezione dal

rischio di infarto del miocardio.

Quali sono i bersagli farmacologici?

• 5’000)

recettori accoppiati a proteine G ( >

• recettori nucleari (> 150)

• (>1’000)

canali ionici

• enzimi (non si sa nemmeno il numero talmente sono tanti)

Attualmente vi sono più di 330 bersagli di cui più di 270 espressione del genoma umano e circa

60 espressi da organismi patogeni quali antibiotici e antivirali perché in questo caso la proteina

caratteristica dell’organismo patogeno.

bersaglio è quella Circa il 26% sono enzimi, il 3,5%

sono recettori nucleari, 3,3% sono trasportatori, 3,3% canali ionici, 2% recettori per citochine

mentre il rimanente sono recettori accoppiati a proteine G.

Identificato il bersaglio farmacologico si tratta di cercare delle molecole che siano in grado di

interagire con i bersagli farmacologici nella maniera desiderata.

Se il bersaglio è un enzima è necessario che la molecola possa riconoscere e interferire con

l’attività della

questo enzima, determinando le modifiche strutturali che influenzano cellula.

Se il bersaglio è un recettore accoppiato a proteine G e vogliamo attivarlo allora è necessario

che la molecola riconosca selettivamente quel recettore e deve legarsi provocando le

che risultano nell’attivazione

modificazioni strutturali della cellula sulla quale il recettore è

posizionato.

Come si arriva a molecole di questo genere?

Sono due gli approcci utilizzati:

a. studio di sostanze endogene che sono in grado di interagire con quel bersaglio molecolare:

ad esempio se il bersaglio è un recettore questo sarà attivato in maniera selettiva da una certa

sostanza prodotta dal nostro organismo; si possono usare queste molecole come un modello

di partenza e modificarle in modo da ottenere gli effetti farmacologici desiderati.

b. screening biblioteche composti chimici e/o sostanze naturali: vengono analizzate

sistematicamente un grande numero di molecole usate da piante medicinali per arrivare a

identificare delle sostanze in grado di rappresentare un punto di partenza per ottenere una

molecola, cioè il cosiddetto lead compound (composto di partenza)

C’è la possibilità di adottare diversi approcci:

• storico→corteccia di cinchona (chinino) e salice (aspirina)

dei preparati di cui si conosceva l’attività in

Nel mondo della farmacologia abbiamo

specifiche patologie e quindi si tratta di isolare i composti che sono presenti e di identificare

all’interno di questi composti presenti nel fitoterapico il principio attivo che è in grado di

interagire con il bersaglio farmacologico.

ok

• sviluppo SAR di un composto naturale→β-recettori (propranololo), H -recettori

2

(cimetidina). Se conosciamo agonisti endogeni dei diversi recettori, la modifica di

questi agonisti endogeni ci porterà a sviluppare delle molecole caratterizzate.

• dell’ACE,

molecole disegnate per interagire con uno specifico sito→inibitori inibitori

proteasi dell’HIV

della COX-2, inibitori delle

Conoscendo la struttura tridimensionale del bersaglio farmacologico e quindi del sito dove

substrato o l’antagonista andrà a legarsi per svolgere la sua attività, si possono

tipicamente il

modellare delle molecole che per la loro struttura chimica si adattano al bersaglio.

• per caso (serendipity)→Spesso è capitato di osservare delle attività farmacologiche

inaspettate nell’ambito dell’utilizzo di sviluppati per l’utilizzo in

farmaci altre patologie. Ad

l’inoprazide era un farmaco che veniva usato come chemioterapico e

esempio come agente

antitubercolare ma sono stati osservati anche cambiamenti a livello psicologico, ad

esempio vedevano migliorato il loro umore e quindi si è scoperto che la molecola era un

potente antidepressivo.

• random screening (HTS)→antibiotici, antitumorali.

È l’azienda farmaceutica che porta avanti questo tipo di processi perché necessitano di

strumentazioni analitiche adeguate e una chimica significativa.

Le molecole che si identificano in questo modo sono strutturalmente nuove. Maggiore è

la variabilità delle strutture chimiche che si valutano e più è facile riuscire a trovare il

lead compound.

dell’HTS

Per lo sviluppo sono necessari 4 elementi:

1. banche dati di composti, dobbiamo avere a disposizioni numerose strutture chimiche;

l’automatizzazione

2. metodo di dosaggio configurato per

→la farmacologia del bersaglio non deve venire alterata dalla manipolazione molecolare;

→basso costo

→facilità d’uso e possibilità di automatizzare e miniaturizzare.

→se possibile non radioattivo

3. stazione di lavoro robotizzata e in questo modo è possibile lavorare con centinaia di

composti al giorno

4. sistema di valutazione dei risultati computerizzato

Alla fine dello screening ci troviamo con una molecola potenzialmente attiva: il lead compound

ossia il composto capostipite di quelli che diverranno i farmaci in commerci.

Il fatto che questa molecola interagisca non vuol dire che sia in grado di raggiungere il bersaglio.

Inizialmente lo screening viene fatto su modelli acellulari, in seguito si lavora su modelli

biochimici, in modo da osservare eventuali effetti indesiderati quando il farmaco lavora nel

sistema biologico.

Il farmaco deve essere assorbito e deve avere una farmacocinetica buona. Dobbiamo poi

sicurezza; seguono test per l’efficacia sugli animali e sulla tossicologia, prima di

valutare la

arrivare alla somministrazione all’uomo

Sono tutti passaggi essenziali, non si può arrivare a una richiesta di autorizzazione alla

dell’uomo sull’efficacia

sperimentazione senza avere i dati e sulla sicurezza del farmaco e solo

quando si hanno dei dossier completi su entrambi gli aspetti si può fare.

Solo la valutazione del rischio e del beneficio ci dà la possibilità di dare un parere ragionato

sul farmaco LEZIONE 3

PROTEZIONE BREVETTUALE

Una volta trovato il nostro lead compound, si tratta di proteggere la nostra scoperta.

Senza la possibilità di proteggere questa proprietà intellettuale tutti gli sforzi che abbiamo fatto

possono essere usati da chiunque altro che ne trarrà tutti i benefici; la protezione brevettuale

garantisce un ritorno economico dalla scoperta e sviluppo di un determinato farmaco.

Ogni nazione ha il proprio ufficio brevetti, ma per far sì che il brevetto di una nazione valga in

l’estensione

Europa è necessario richiedere del brevetto. In ogni caso ogni paese prima di

rilasciare un brevetto deve verificare che in altre nazioni non sia stato già brevettato qualcosa di

simile.

Quello che viene certificato dall’Ufficio dei Brevetti un’autorizzazione alla produzione di

non è

all’EMA), ma garantisce il

quel farmaco (questo compete diritto unico a produrre e vendere quel

farmaco. garantisce la protezione dall’infrangimento: deve essere l’inventore, e non l’ufficio

Il brevetto non

brevetti, a preoccuparsi di proteggere il brevetto nel caso in cui qualcuno lo infrangesse.

L’esclusiva garantita dal brevetto ha un tempo limitato: dura 20 anni a partire dalla data di

si è ancora all’inizio dello sviluppo del farmaco, il processo di

deposito della domanda

sviluppo va a ‘mangiarsi’ i 20 anni di protezione del brevetto.

Per poter chiedere un brevetto, bisogna dimostrare che esista un prodotto che porti i risultati

sulla base dei quali si chiede il brevetto.

l’esclusiva

Avere un brevetto e quindi avere nella vendita di un determinato prodotto per

un’azienda farmaceutica rappresenta un valore e vantaggio economico straordinari: quando nel

2ooo la Eli Lilly, che era la detentrice sul brevetto del Prozac, non ottenne il prolungamento del

periodo di protezione brevettuale le azioni sono crollate e i detentori delle azioni della Lilly

hanno deciso che il fatto di non avere più il brevetto del Prozac avrebbe comportato una

diminuzione significativa nelle vendite perché sarebbero comparsi i farmaci generici, farmaci