Chimica farmaceutica - i profarmaci

paracetamolo è a sua volta un profarmaco del p-aminofenolo, che viene coniugato con acido

arachidonico dall’enzima FAAH (Fatty Acid Amide Hydrolase) e l’amide risultante è un potente

agonista del recettore dei vanilloidi e si lega anche al recettore CB1 dei cannabinoidi, impedendo

l’uptake cellulare dell’anandamide (effetto analgesico).

Un pro-profarmaco che consente di avere elevata biodisponibilità orale e direzionamento specifico

verso cellule infettate da HSV (herpes simplex virus) è il valaciclovir (Figura 24). Questo estere

dell’aciclovir con la valina viene riconosciuto dal sistema di trasporto attivo dei dipeptidi PepT1 e

presenta una biodisponibilità orale 5 volte superiore a quella dell’aciclovir stesso. Dopo

l’assorbimento libera aciclovir, che a sua volta è un profarmaco, in quanto per agire contro HSV

necessita di essere fosforilato. La prima fosforilazione è catalizzata solo dalla timidina chinasi

codificata dal virus e presente quindi solamente nelle cellule infettate. Le successive fosforilazioni a

di- e trifosfato vengono rapidamente catalizzazte dagli enzimi cellulari, dando così origine al vero

composto attivo (analogo di un nucleotide naturale) che inibisce la sintesi del DNA virale. Questa

azione è però limitata esclusivamente alle cellule infettate da HSV e l’aciclovir (o il valaciclovir)

rappresenta un esempio di antimetabolita antivirale selettivo (non tossico per le cellule non

infettate) capace di agire come un cavallo di Troia.

Il rilascio selettivo di farmaci citotossici nelle cellule tumorali, senza che siano

contemporaneamente colpite le cellule sane, è una delle sfide principale nel campo della

chemioterapia antineoplastica. La capecitabina, un pro-profarmaco oralmente biodisponibile del 5-

fluorouracile (5-FU), offre un valido esempio di profarmaco attivato da una cascata di enzimi

specifici delle cellule tumorali (Figura 25). Inizialmente come profarmaco del 5-FU si era

sviluppata la 2’-desossi-5-fluorouridina, che veniva idrolizzata a 5-FU dalla timidina fosforilasi, un

enzima presente in maggiore concentrazione nelle cellule tumorali che in quelle normali. Quando

somministrato oralmente però, la 2’-desossi-5-fluorouridina provocava effetti collaterali a carico del

tratto gastrointestinale (diarrea) a causa della formazione di 5-FU a livello della mucosa intestinale.

La capecitabina ha permesso di risolvere questi problemi. Il profarmaco carbammato è stabile

metabolicamente agli enterociti, è rapidamente assorbito intatto per diffusione passiva e trasformato

in 5-FU da una cascata di reazioni catalizzate da tre enzimi: carbossilesterasi (nel fegato), citidina

deaminasi (fegato e preferenzialmente tessuti tumorali), ed infine timidina fosforilasi

(essenzialmente tessuti tumorali). Come risultato si ha la liberazione di 5-FU in alta concentrazione

specificamente all’interno delle cellule tumorali. Bisogna peraltro rammentare che il 5-FU a sua

volta è ancora un pro-profarmaco, che nella cellula cancerosa deve essere trasformato nel

corrispondente desossinucleoside e quindi, tramite vari stadi di fosforilazione, nel nucleotide finale

acido 5-fluorodesossiuridilico, che blocca la sintesi del DNA cellulare inibendo la timidilato sintasi

e di conseguenza impedisce alla cellula tumorale di replicarsi.

Uno sguardo ai soft drugs

Come già precisato, i soft drugs sono derivati attivi di analoghi inattivi di farmaci, che vengono

inattivati in maniera prevedibile e controllabile dopo avere fornito il loro effetto terapeutico. La

8

maggior parte dei soft drugs si basano sulla progettazione di metaboliti inattivi, per cui un

metabolita inattivo (noto o ipotetico) di un farmaco esistente è convertito in un analogo strutturale

attivo. Fluocortin butile, ad esempio, è un soft drug ottenuto esterificando un metabolita inattivo del

fluocortolone (Figura 26). Sebbene sia in commercio come agente antiinfiammatorio topico, il suo

reale vantaggio è limitato dalla scarsa attività intrinseca.

Analogamente, basandosi sul principale metabolita inattivo del metoprololo (farmaco beta-

bloccante) è stato progettato il soft drug adaprololo per il trattamento topico del glaucoma, ma i

risultati di fase II sono stati deludenti e lo sviluppo dell’adaprololo è stato interrotto nel 1995

(Figura 27).

L’approccio complementare prevede invece la progettazione di analoghi soft di un farmaco

esistente, cioè di analoghi strutturalmente molto simili a farmaci noti che possiedono una porzione

metabolicamente labile che possa essere scissa in un unico passaggio in maniera facile e

controllabile per permettere la disattivazione e la detossificazione del farmaco (Figura 28).

I soft drugs svolgono una funzione importante come farmaci sistemici a breve durata di azione (ad

es. esmololo in chirurgia, remifentanil in anestesia).

Quando ricorrere alla strategia del profarmaco

Premesso che non esistono regole fisse e che occorre valutare la situazione caso per caso, il ricorso

alla strategia del profarmaco può essere considerata, eventualmente anche in parallelo con il

classico approccio della progettazione di analoghi strutturali, per risolvere i problemi (solubilità,

biodisponibilità) presentati da un farmaco di alto significato terapeutico e/o per ottenere il suo

direzionamento mirato verso specifici tessuti, limitando la tossicità sistemica.

Schematicamente si possono incontrare due situazioni estreme in un progetto di ricerca per lo

sviluppo di un nuovo farmaco, come riportato in Figura 29.

In definitiva, la strategia del profarmaco dovrebbe essere presa in considerazione quando lo

sviluppo di un agente terapeutico molto promettente ed innovativo è precluso dalle sue deficienze di

tipo farmaceutico o farmacodinamico. 9

Figura 1.

O O

HO HO

O O

Ph NH O Ph NH O

OH OH

2' 2'

Ph O Ph O

OH PEG O

O

HO HO

O O

O O

O

O O O O

O O

H C H C

3 3

5000

paclitaxel 2'-PEG -paclitaxel

: 25 µg/mL

solubilit solubilit : 666 mg/mL 10

Figura 2. O O

F COOH H N

OH OH 2 S N CF

O 3

N

N N N

Cl

HN F

O N Cl H N

2 2

O

cloramfenicolo F H C

3

poco solubile, non i.v. trovaflossacina celecoxib

solubilit < 0.01 mg/mL a pH neutro

O Na

O F COOH O

R N

Na S

OH O COO N

N N N CF

O

O 3

N

F

Cl L-Ala-L-Ala-NH

HN

O N Cl

2 O F H C

cloramfenicolo emisuccinato sodico 3

alatroflossacina

profarmaco solubile e somministrabile i.v. profarmaco molto solubile in acqua profarmaco idrosolubile 11

Figura 3. CO(CH ) CH

2 14 3

OH OH OH O

Cl Cl

HN HN

O N Cl O N Cl

2 2

O O

cloramfenicolo cloramfenicolo palmitato

sapore amaro profarmaco insapore

NH 2

H

NH N

2 NH

2

CH CH O

3 3

destroamfetamina destroamfetamina-Lys

farmaco da abuso profarmaco non da abuso

per via nasale o i.v. attivo per os 12

Figura 4.

NH NH

2 2

H H

H H

N N

S S

O O

N N

O O

COOH O

O O

ampicillina pivampicillina

limitata ottima O

biodisponibilit orale biodisponibilit orale

esterasi

acido pivalico + formaldeide in vivo

NH NH

2 2

H H

H H

N N

S S

O O

N N

O O

COOH O *

O O

ampicillina bacampicillina O

limitata ottima O

biodisponibilit orale biodisponibilit orale

esterasi

acido pivalico + acetaldeide in vivo 13

Figura 5. CH CH

3 3

HO N O N

N N

H H

COOH COOH

O O O O

enalaprilat enalapril 14

Figura 6. HMGŠCoA

H C H C

3 3

reductase

COOH COOH

HO HO

O OH

S–Coenzima A

HMGŠCoA acido mevalonico

COLESTEROLO

H H

O COOH

HO HO

O OH

O O

O O

H H

H C H H C H

CH CH

3 3

3 3

H C H C

3 3

lovastatina metabolita

(lattone) attivo 15

Figura 7.

OH OH

HO HO

OH OH

COOH COOH

O

O

AcNH AcNH

OH

HO HN

H N NH

2 2

zanamivir (Relenza®)

acido sialico

O COOEt O COOH

AcNH AcNH

NH NH

2 2

oseltamivir (Tamiflu®) GS 4071 16

Figura 8. H H

O N O N

O O

H H

N N

N N N N N N

H H

O OH O O

H N H N

2 2 O

O O

saquinavir O-acetil saquinavir

(profarmaco più biodisponibile) 17

Figura 9. H H

HO N N O N N

N N

H H

O O O O O O

esterasi

HN NH N NH

reduttasi

2 2

OH

melagatran ximelagatran

doppio profarmaco

con biodisponibilità orale 18

Figura 10. 19

Figura 11.

Terapia Farmacologica Integrata

Sostituzione della Dopamina nel Morbo di Parkinson

HO NH HO NH

2 2

COOH

HO HO

dopamina L-dopa, profarmaco

OH NH CH

2 3

H

HO N N

N

H O OH CH

3

HO benserazide selegilina

inibitore della inibitore centrale

DOPA decarbossilasi delle MAO

periferica 20

Figura 12. BBB

OH O O

attivazione

N metabolica H N

F NH 2 OH

2

progabide GABA

Cl 21

Figura 13. N O

O

HO NH

N

H OH

OH O

HO O

N

terbutalina bambuterolo

O

O O HN

H

O N

O O

O O S

docarpamina

cardiotonico

doppio profarmaco

biodisponibile per os 22

Figura 14. CH CH

3 3

OCH OCH

3 3

N

N N

CH +

H CH

3 3

N

N H CO

3 H

S S

N O

H CO OH

3 H

omeprazolo acido solfenico

profarmaco CH CH

3 3

N N

N N

OCH OCH

3 3

N N

H CO H CO

3 3

H S

CH CH

3 3

S

+ +

H /K –ATPasi S solfenamide

specie attiva 23

Figura 15. 85% idrolisi

15% ossidazione disattivazione

attivazione COOCH

3 clopidogrel

N Plavix®, Iscover®

S (Sanofi-Aventis, BMS)

Cl vendite nel 2005: 6 mld US-$

CYP 3A4 COOCH

3

N

O S Cl

COOCH

3 metabolita attivo

instabile e reattivo

N

HOOC reagisce irreversibilmente nel fegato

(ADP)

con il recettore piastrinico P2Y

HS Cl 12

formando un ponte disolfuro 24