Appunti di sviluppo di farmaci biotecnologici

SECONDA PARTE GANDIN20/05/2021

Primo problema: purezza del biofarmaco. Contaminazioni possono esserci per via dei processi di sviluppo.

Altro problema: stabilità di tipo fisico legato a dimensioni elevate delle molecole che si aggregano tra di loro. Problema perché somministrazione è per via iniettiva per la maggior parte, se intravenoso formo coagulo nel vaso.

La formulazione è una parte fondamentale per il farmaco biotecnologico. La formulazione è più complessa rispetto i piccoli farmaci e non ci sono protocolli predefiniti. Ambito di ricerca in espansione. La formulazione parte già dal research discovery ovvero dal primo momento ovvero fin da quando so la struttura della proteina, devo sapere via di somministrazione e poi parto subito con la formulazione. Questa segue le fasi precliniche e cliniche. Gli obiettivi sono aumentare la stabilità e garantire efficacia e migliorare la capacità del farmaco di arrivare al sito di azione terapeutica.

Il vantaggio del farmaco biotech è di essere molto più preciso avendo un bersaglio molecolare ben associato, è anche vero che sono di grosse dimensioni e devono arrivare al loro sito target. Quindi devo migliorare assorbimento insieme alla stabilità. Sono sostanze che devono essere protette fisicamente e chimicamente anche dall'ambiente interno e dall'esterno (trasporto, stoccaggio, aria, luce). Deve resistere almeno per 6 mesi dal giorno di produzione e in condizioni generali (stock), poi deve essere stabile fuori. Eccipienti: aumentano la solubilità, diminuiscono aggregazione e adsorbimento alle superfici (contenitore che non è innocuo per niente), ho buffer che mantengono la concentrazione di alcuni Sali e il pH. Conservanti e antiossidanti, sostanze che evitano rotture (compresse), agenti osmotici che mantengono osmolarità e tonicità (urea) e sistemi di carrier che aiutano il farmaco con il delivery (sistemi di veicolazione).Avolte, lo stesso eccipienti svolge più funzioni. Sostanze che aumentano la solubilità: co-solubilizzanti. Due famiglie: surfactanti e nonsurfactanti. Non-surfactanti: sono idrofilici o idrofobici. Aiutano la solubilizzazione in mezzo acquoso o non acquoso. Ci sono formulazioni completamente lipofiliche (stratodermico). Devono essere bio-compatibili e approvati e sono derivati dell’olio di ricino ad esempio. Ambiente acquoso: poli-alcoli come glicerolo. Formano tanti ponti idrogeno per la presenza di tanti ossidrili. Peg a basso peso molecolare può essere utile (peg 300/400). Surfactanti: categoria particolare perché hanno porzione idrofilica e lipofilica. Possono quindi usarli in ogni mezzo perché si orientano in modo da rivolgere la porzione più affine verso il solvente (testa idrofilica e coda apolare, si dispongono con testa verso l’acqua e coda verso parte interna formando core centrale lipofilico). Possono mascherare la sostanza.

più lipofilica dentro proteggendola e formando delle micelle o microsfere.

Cresolo: conservante.

Tween: tensioattivo/surfactante.

Zinco cloruro/Sali metallici: si complessa con insulina perché metallo bivalente e quindi fa due legami di coordinazione in cui una molecola dona completamente gli elettroni (doppietto) e un'altra molecola li prende. Si formano delle sovrastrutture esameriche. L'insulina viene rilasciata lentamente. Modula la farmacocinetica dei farmaci tramite legami di coordinazione modificando la struttura e conformazione della proteina. Si usano di solito metalli endogeni per farli riconoscere come self.

Anti-adsorbenti e anti-aggreganti: dovuto a interazione/perturbazione indotta da superficie di un contenitore. Ci sono interazioni deboli che possono avvenire al livello del contenitore. È un fenomeno accompagnato da aggregazione. Si usano i tensioattivi e i surfactanti perché mascherano le molecole. Altre volte si aggiunge l'albumina.

che ha numero elevato di cisteina e quindi maschera le singole unità di principio attivo. Il problema è che è immunogenica e non viene inattivata da reazione biochimiche. antiossidanti e preservanti: vitamina C, parabeni. Altre strategie: in generale, posso aumentare emivita attaccando alla molecola di tutto(PEG, acido ialuronico, acido sialico). Queste modifiche però possono ridurre l'efficacia e non vanno messe vicino al sito attivo o di riconoscimento del recettore. Posso anche usare albumina perché aumenta la dimensione diminuendo la clearance renale. Il problema è la scarsità del prodotto che arriva al target (biodisponibilità).

Delivery (nanotecnologia): delivery selettivo dei farmaci. Strategia può essere di formare microparticelle in grado di essere biodegradate (PLGA), molte possibilità di fare ponti idrogeno e si organizzano a formare micelle nel mezzo avvolgendosi intorno alla molecola. Sono molto idrofiliche.

E quindi si usano per iniezioni intramuscolari e sottocutanee. La funzione è uguale a quella del PEG, ma perché devo portare in un sito specifico formando una microparticella? Perché una particella va in un sito piuttosto che in un altro? Per l'effetto EPR, ovvero nei tessuti infiammati o tumorali questi hanno un endotelio con caratteristiche diverse, cioè ci sono fenestrazioni di dimensioni consistenti che fanno sì che qui possano passare delle sostanze che normalmente in un vaso o endotelio normale non passerebbero. Quindi le microparticelle polimeriche sfruttano la presenza di tali fenestrazioni e dell'effetto EPR. Comunque, è un sistema che da solo funziona poco.

Nanoparticelle: sfruttano lo stesso e altri principi. Possono essere di diversi tipi di materiali e classificate sulla base delle dimensioni e del materiale che deve essere bio-compatibile.

Liposomi: ci sono varie formulazioni approvate. Li contengono nel core e nella membrana esterna.

Sono membrane fosfolipidiche avvolte in shell concentriche che incorniciano un core idrofilico. Fosfatidil-colina con aggiunte di altri fosfolipidi (si fanno miscele). Sono sistemi multilamellari. Ho due possibilità di inserimento del farmaco: core acquoso dove di solito metto il biofarmaco insieme a tensioattivi, e doppio strato lipidico dove posso ancorare dei sistemi idrofobici. Posso ancorarci anche sostanze con funzione farmacologica. Sfruttano l'EPR effect (targeting passivo) e sono sostanze biocompatibili. Uno dei limiti è che entra poco farmaco (1-2-5% del principio attivo, efficienza di caricamento bassa ma usando molti liposomi posso aggirare il problema). Decorare i liposomi nella parte dello shell con porzione di anticorpi che riconoscono specifici epitopi a livello biologico (formulazioni immunoliposomale, targeting attivo). Contenitori per prodotti biotecnologici iniettabili: vetro. Device a forma di penna dotate o no di siringa. Questi si usano per formulazioni.

dette depot-injection, solitamente sottocutanee o intradermiche e raramente intramuscolari che portano a deposizione di una piccola massa del prodotto che poi viene rilasciato nel tempo. Il vantaggio è che quando faccio somministrazione iniettiva, il farmaco non viene subito portato e messo in circolo tutto. Devo somministrare il farmaco meno volte al giorno. La formulazione è semisolida a lento rilascio. Il farmaco diffonde nella formulazione. Svantaggio: ago un po' più grosso.

Sistemi senza ago needle-free: usano device detti jet injectors a forma di penna con sistema di ultrapressione per cui c'è apertura del poro cutaneo che permette entrata del farmaco. È computer-assisted e rileva dati micrometrici e del paziente trasmettendoli a distanza al medico.

Vie di somministrazione approvate:

• Dendrimeri
• Nanoparticelle di oro e ferro
• Fullereni

Ormoni: prima categoria di prodotti biotech ottenuti e approvati. 2 tipi: endocrini ed esocrini. Agiscono a

di insulina avviene nelle cellule beta del pancreas. 2. ormone della crescita: regola la crescita e lo sviluppo del corpo. Viene prodotto dall'ipofisi anteriore. Può essere utilizzato per trattare disturbi della crescita nei bambini e negli adulti. 3. ormone follicolo stimolante (FSH): regola la funzione riproduttiva sia negli uomini che nelle donne. Stimola la produzione di spermatozoi negli uomini e la maturazione dei follicoli nelle donne. Questi sono solo alcuni esempi di ormoni che sono disponibili in commercio. Gli ormoni sono fondamentali per il corretto funzionamento del nostro corpo e possono essere utilizzati come terapia per trattare una varietà di condizioni mediche.

regolata da conc bassa di glucosio nel sangue,stimola produzione di glucagone. Quando invece c'è molto glucosio viene prodottainsulina. Sintetizzato come peptide precursore pre-pro-insulin che viene portato nelRE, viene stoccata come pro-insulin nelle vescicole nelle cellule beta e rimane lì. Quando serve questa viene tagliata in insulina per taglio proteolitico da due enzimi.Usato per la cura del diabete mellito, incapacità delle cellule beta di produrre insulina. È dovuta a reazione autoimmune nei confronti di tali cellule. Pro insulina porcina immunogenica ma non l'insulina finale. Le prime ricombinanti sono state la cbr e la prb. La prima è prodotta inserendo sequenza che codifica in coli la catena a e b in duecoli diversi. Poi purifico le due catene e le incubo in condizioni ossidanti in modo che si formino i ponti disolfuro. La seconda viene prodotta facendo produrre pro insulin da un solo organismo. Purifico e taglio producendo

L'insulina vera e propria richiede ulteriori step di purificazione. La purificazione dell'insulina avviene tenendo conto del suo punto isoelettrico (5.3, carica negativa a pH fisiologico). Si utilizzano colonne a fase inversa e diverse fasi mobili a pH inferiore a 5.3 per purificare l'insulina.

Le formulazioni dell'insulina includono insulina ad azione rapida e insulina ad azione intermedia o prolungata. Queste insuline hanno emivite diverse.

La presenza dello zinco è importante per lo stoccaggio dell'insulina nelle isole di Langherans. Lo zinco coordina i monomeri di insulina formando esameri. I monomeri si organizzano in dimeri e, grazie allo zinco, formano esameri. Queste organizzazioni disattivano l'insulina e, quando necessario, le cellule rilasciano l'esamero che si degrada in dimeri e monomeri. La presenza di cloruro di zinco viene sfruttata per creare insulina ad azione prolungata con una lunga emivita. L'azione può essere potenziata stericamente aggiungendo un conservante a base fenolica.

che stabilizza l'esamero. Es. cresolo