Chimica farmaceutica - progettazione di farmaci a partire dal LEAD 1

Il secondo approccio è quello attualmente più utilizzato, soprattutto nella ricerca sui farmaci dei recettori.

Quando un metodo di binding su un sistema recettoriale è stato messo a punto, è possibile provare centinaia e migliaia di sostanze in tempi relativamente brevi. Ciò permette, soprattutto alle industrie, di analizzare le migliaia di prodotti che fanno parte della loro collezione e tutti gli altri che sarà possibile reperire. Non è improbabile che al termine della ricerca si siano individuati alcuni prodotti con una capacità di legame nell'ordine micromolare. Questi prodotti possono essere ottimizzati con i procedimenti che verranno illustrati in seguito, per arrivare ad affinità nell'ordine nanomolare che sono ottimali per lo sviluppo di un farmaco. Un esempio di questo approccio è lo sviluppo di E-2020 (Donepezil), un prodotto ad azione anticolinesterasica che è in fase di registrazione come farmaco anti-Alzheimer.

Lo screening a tappeto dei prodotti della collezione della Eisai sull'enzima acetilcolinesterasi, ha permesso di individuare un derivato piperazinico con una IC nel range 50 micromolare che è stato successivamente ottimizzato al prodotto finale che ha attività nel range nanomolare.

Lo screening può riguardare, come già accennato, anche miscele di prodotti. Si può trattare di miscele ottenute attraverso la metodologia della sintesi combinatoriale (librerie sintetiche), che verrà descritta in seguito, ma può anche trattarsi di miscele di origine naturale (librerie naturali) come ad esempio i liquidi di fermentazione di microrganismi. L'asperlicina, un prodotto della fermentazione dell'Aspergillus alliaceus che ha poi originato un farmaco non peptidico in grado di bloccare i recettori della colicistochinina A (CCK-A) è stato identificato in questo modo (vedi sezione 2.3.2).

Il problema principale delle librerie naturali rispetto

A quellesintetiche è nell'isolamento e nella determinazione della struttura delprodotto attivo, che malgrado l'enorme progresso fatto dalle relativemetodologie negli ultimi anni è un processo lento, difficile e costoso. Ilvantaggio inestimabile è quello di offrire una enorme varietà di strutture,difficilmente immaginabili e realizzabili dal chimico sintetico.

131.5. Sostanze di origine naturale

I prodotti di origine naturale, in particolare quelli derivati dal regnovegetale, sono la più antica fonte di sostanze biologicamente attive e difarmaci. L'evoluzione ha creato una miriade di specie differenti chedebbono sopravvivere nell'ambiente in competizione tra loro. Ciò hacondotto alla produzione di innumerevoli molecole (metaboliti secondari)dotate di attività biologica che possono essere utilizzate dall'uomo,direttamente o dopo opportune manipolazioni, come farmaci.

La scoperta e l'isolamento di prodotti quali atropina,

chinina, morfina, efedrina, d-tubocurarina, reserpina, digitossina, penicillina hanno rappresentato tappe fondamentali nella medicina ed hanno prodotto una miriade di derivati di importanza fondamentale in terapia e nello studio dei meccanismi fisiologici degli organismi viventi. Dopo un periodo di incertezza, dovuto principalmente alle accennate difficoltà di separazione e identificazione dei principi attivi, questo tipo di approccio sembra aver riacquistato vitalità e dal regno vegetale la ricerca si è allargata in altri settori quale quello delle tossine di origine animale. La ricerca può essere in qualche modo guidata dalle indicazioni della medicina popolare (folk medicine) anche se spesso questo approccio ha portato a risultati deludenti. Tra le più recenti scoperte nel campo delle sostanze di origine vegetale vanno menzionate la artemisina (antimalarico), il tassolo (antitumorale); tra i prodotti di brodi di cultura di microrganismi la già citataasperlicina (antagonista del recettore CCK-A) e la lovastatina (inibitore della sintesi del colesterolo); tra i veleni e le tossine di origine α-animale la tetrodotossina (bloccante dei canali del sodio), labungarotossina (antagonista dei recettori nicotinici) e la epibatidina (agonista nicotinico). Questi prodotti sono utilizzati come farmaci o come mezzi farmacologici di indagine e come modelli per lo sviluppo di nuovi farmaci. Un caso particolare di prodotti di origine naturale sono le sostanze di natura peptidica. La scarsa stabilità metabolica e la biodisponibilità usualmente molto bassa fanno sì che molto raramente essi possano essere usati come tali. Più frequentemente vengono utilizzati come punti di partenza per il disegno di analoghi non peptidici, dotati della stessa azione ma che non presentano problemi farmacocinetici (peptidomimetici). Di questo approccio si parlerà più avanti. 1.6. Amplificazione di effetti secondari Durante lasperimentazione preclinica e clinica ma molto più frequentemente in seguito all'uso su migliaia di pazienti, possono venire osservati effetti collaterali che, mentre rappresentano un problema per l'uso del farmaco, possono derivare da meccanismi di azione aventi interesse terapeutico. Ciò può suggerire di tornare a manipolare la struttura molecolare originale allo scopo di produrre molecole nelle quali l'effetto sia massimizzato e possibilmente dissociato dall'effetto iniziale. Da questo punto di vista i sulfamidici sono stati una vera miniera per lo sviluppo di nuovi farmaci: gli ipoglicemizzanti orali del tipo delle sulfoniluree e i diuretici tiadiazinici rappresentano classi di farmaci di importanza fondamentale ottenute dalla manipolazione di sulfamidici in seguito alla osservazione clinica dei loro effetti secondari ipoglicemizzanti e diuretici. Nel campo dei farmaci che interagiscono con recettori, un classico esempio di questo approccio riguarda lo.

sviluppo del neurolettico clorpromazina. Questo farmaco, che è usato per il trattamento della schizofrenia ed ha rivoluzionato il trattamento delle malattie psichiatriche, è il frutto della osservazione dell'effetto tranquillizzante degli antistaminici fenotiazinici in particolare della prometazina.

Gli ormoni androgeni come il testosterone hanno, oltre all'effetto androgeno, quello anabolizzante che determina l'aumento della utilizzazione dell'azoto proteico con conseguente incremento delle masse muscolari. In alcuni casi patologici questa proprietà è molto utile, mentre l'azione androgena diventa un effetto collaterale da evitare. Per questa ragione la molecola del testosterone è stata modificata con lo scopo di eliminare, o ridurre al minimo, l'azione androgena ed esaltare l'azione anabolizzante. Ciò ha prodotto farmaci quali lo stanozololo in cui l'azione androgena è praticamente scomparsa a favore di

Quella anabolizzante. Purtroppo questi farmaci hanno anche trovato una utilizzazione nonterapeutica (doping). Un grande vantaggio di questo approccio è che l'effetto secondario è quasi sempre osservato direttamente sull'uomo, il che rappresenta una garanzia per il futuro terapeutico del farmaco eventualmente sviluppato sulla base di queste osservazioni.

1.7. Sintesi razionale

In questa sede verranno trattati tutti i tentativi di arrivare ad un farmaco, o ad un lead attendibile, che prendono origine da conoscenze fisiologiche, fisiopatologiche, biochimiche, farmacologiche, chimiche e quindi hanno un ben preciso punto di partenza dal quale muoversi per progettare molecole che si ritengono in grado di risolvere il problema terapeutico o di dare ulteriori informazioni sul funzionamento di un sistema biologico, nel nostro caso un recettore. Definire ciò un approccio razionale è probabilmente una esagerazione, visti gli insuccessi che anche in questo caso sono frequenti.

Tuttavia è ragionevole ammettere che questo tentativo di risolvere il problema poggia su basi più razionali di quelli descritti precedentemente; il che non vuol assolutamente dire che sia in grado di dare risultati più certi. E' del tutto evidente che il successo di una tale strategia dipende in modo essenziale dalla conoscenza della fisiologia, della fisiopatologia e dei processi biochimici che avvengono negli organismi viventi soprattutto a livello cellulare e molecolare, nonché dalla conoscenza della natura chimica e della struttura delle molecole coinvolte in questi processi. Di conseguenza, una volta stabilito lo scopo della ricerca è necessario raccogliere tutti i dati disponibili per poter progettare con la maggiore razionalità possibile le molecole da sintetizzare e valutare. Nel caso questi dati siano largamente insufficienti è probabilmente più opportuno utilizzare uno dei metodi descritti precedentemente. Naturalmente anche la

modifica di un farmaco già noto, razionalizzata sulla base di nuove conoscenze acquisite sul suo target, ricade in questo tipo di approccio. Fino a pochi anni fa si riteneva che il sito di interazione dei farmaci in grado di attivare i recettori muscarinici dovesse essere di dimensioni ridotte. In effetti la quasi totalità dei numerosissimi agonisti muscarinici noti, alcuni dei quali sono mostrati di seguito, era costituita da piccole molecole molto compatte. Questo dogma è entrato in crisi quando sono stati sintetizzati e trovati, potenti muscarinici come la xanomelina, per la quale è stato necessario ipotizzare un sito accessorio di interazione a livello di recettore per accogliere il residuo n-esilico. È chiaro che sulla base di questi nuovi dati la progettazione di agonisti muscarinici con strutture più voluminose diventa ragionevole. Nel caso dei recettori, come già stato detto in precedenza, non si hanno sufficienti informazioni sulla struttura.

recettoriale e sul sito di interazione, a differenza di quanto accade per un numero ogni giorno crescente di enzimi. Tuttavia, come per gli enzimi è noto il substrato, così per la maggior parte dei recettori è noto l'agonista fisiologico. Così come si fa per gli enzimi prima che la struttura del sito attivo sia determinata, anche per i recettori è possibile disegnare agonisti ed antagonisti sulla base della conoscenza del mediatore naturale. Questo approccio ha avuto uno straordinario successo ed ha condotto a molti farmaci e a un numero rilevante di utilissimi mezzi di indagine farmacologica. La gran parte dei farmaci adrenergici e i loro antagonisti, di quelli dopaminergici e i loro antagonisti, degli antistaminici, degli anticolinergici, dei farmaci dei recettori triptaminergici, degli aminoacidi, della ad