Farmacologia applicata

Farmacologia applicata

La farmacogenetica è una disciplina nuova e recente, molto ampliata da un sequenziamento completo del genoma umano. Oggi è definita come lo studio delle variazioni inter-individuali nella sequenza del DNA in relazione alla risposta di farmaci, e cerca di correlare le variazioni della sequenza del DNA di un individuo con la sua risposta ad uno specifico trattamento farmacologico.

La necessità della farmacogenetica

Da cosa nasce la necessità di fare questa correlazione come disciplina a sé stante? La farmacogenetica nasce dal fatto che medicina e farmacologia hanno ritenuto che fosse un aspetto importante. Nasce quindi dal fatto che esiste un'ampia variabilità tra individui nella risposta ad un trattamento farmacologico analogo in termini di efficacia e di tollerabilità: individui diversi rispondono in maniera diversa allo stesso farmaco somministrato alla stessa dose e con la stessa posologia.

• Dose → quantità di farmaco che somministro all'individuo.
• Posologia → regime di trattamento (ogni quanto e per quanto tempo).

Variabilità in efficacia → si intende l'intensità dell'effetto che la stessa dose e stessa posologia causa in individui diversi (non la risposta generale rispetto al trattamento farmacologico). Ad esempio, nel trattamento antidolorifico, a seconda della soglia del dolore di ciascun individuo, a qualcuno il dolore diminuisce maggiormente rispetto a qualcun altro.

Variabilità nella tollerabilità → un farmaco si dice tollerabile in quanto nessun farmaco è esente da effetti collaterali. La dose e la posologia vengono stabilite affinché portino ad una buona efficacia e che sia tollerabile: sia la natura degli effetti collaterali che la loro intensità è tollerabile dall'organismo (non effetto tossico: dannoso per l'organismo, ma collaterale). Quindi un farmaco tollerabile è un farmaco che a quella dose e a quella posologia induce un quadro di effetti che non concorrono all'effetto farmacologico e che nel loro insieme sono in intensità non dannoso per l'organismo.

Variabilità individuale in tollerabilità

Parlando di variabilità individuale in termini di tollerabilità per lo stesso farmaco, stessa dose e stessa posologia, diversi individui hanno un effetto collaterale che normalmente è tollerato ma che diventa tossico. Invece di manifestare effetti vari collaterali ma tollerabili, questi effetti vengono esacerbati e quindi di intensità tale da diventare effetti tossici (talvolta letali). Quando si parla di variabilità individuale di tollerabilità al farmaco ci si riferisce anche al fatto che un individuo può fare esperienza di effetti collaterali normalmente non indotti da quel trattamento.

Fattori influenzanti la risposta farmacologica

È noto da sempre che individui diversi possano rispondere in maniera diversa allo stesso trattamento farmacologico. Quello che ha fatto nascere la nuova disciplina della farmacogenetica è che questa ovvietà è sempre stata attribuita a diversi fattori fisiologici, patologici o ambientali. Quindi è noto che fattori fisiologici portino a risposte diverse, come:

• Genere (uomo o donna)
• Età (il trattamento varia se il soggetto è in età adulta o è anziano)
• Peso corporeo

Così come fattori patologici:

• Patologie concomitanti a quella per cui si sta facendo il trattamento farmacologico possono influenzare la risposta al trattamento.
• Patologie in organi come fegato e reni, che sono importanti nel metabolismo dell'eliminazione dei farmaci, possono influenzare la risposta alla terapia farmacologica.

Anche i fattori ambientali influenzano la risposta alla terapia:

• Interazioni tra farmaci se ne vengono assunti diversi.
• Assunzione di alcuni alimenti.
• Assunzione di alcol o tabacco.

Si è sempre ritenuto che la variabilità tra individui alla risposta farmacologica dipendesse per l'80% da questi fattori, mentre l'aspetto genetico è sempre stato considerato ma in maniera minoritaria: ci si aspettava che l'aspetto genetico contribuisse alla diversa risposta, ma il peso è sempre stato considerato minoritario rispetto agli altri fattori. La farmacogenetica nasce quando si è riconosciuto che questa assunzione non era propriamente corretta.

Importanza dell'aspetto genetico

Oggi l'aspetto genetico viene considerato in maniera più preponderante rispetto agli altri fattori nella variabilità individuale nella risposta alla terapia farmacologica. Incidono maggiormente non perché alla base della variabilità individuale più frequentemente ci sono i fattori genetici, ma perché le conseguenze nella variabilità dovuta a fattori genetici sono più gravi rispetto a quelli indotti da altri fattori: i fattori contribuiscono a variare la risposta di un individuo rispetto ad un altro allo stesso trattamento farmacologico, ma le conseguenze della variabilità hanno entità minori rispetto all'aspetto genetico (meno rilevanti in termini di gravità).

Per esempio, se ad essere coinvolto nella variazione individuale è il gene che codifica per una proteina implicata nel metabolismo del mio farmaco e la variante allelica determina il non funzionamento dell'enzima, questa porta ad una grossa variabilità. I fattori genetici sono più importanti nella variabilità individuale in termini di gravità.

Nota bene: i fattori patologici, fisiologici e ambientali sono oggi comunque contemplati quando si fa trattamento farmacologico. I fattori genetici sono emersi solo recentemente come rilevanti.

Fattori genetici e variabilità individuale

Parlando di fattori genetici alla base della variabilità individuale, i due aspetti che hanno portato alla necessità di studiare la relazione tra assetto genetico e terapia farmacologica sono la variabilità in efficacia e la variabilità in tolleranza. Fattori fisiologici, patologici e ambientali hanno effetto su questi due, ma i fattori genetici avranno sicuramente un effetto più rilevante.

Per prima consideriamo la variabilità dell’efficacia nelle prime due classi di farmaci (patologie cardiovascolari), nella depressione e broncodilatatori. L'impatto maggiore del fattore genetico sarà maggiore quanto maggiore è la popolazione che assume un certo farmaco: la significatività di un dato farmacogenetico dipende da:

• Frequenza con cui una variante polimorfica è presente nella popolazione.
• Numero di individui che potrebbero assumere un certo farmaco.

Se una variante è poco diffusa e il farmaco va a curare una patologia rara, allora la farmacogenetica non è significativa. Per farmaci ampiamente assunti, la farmacogenetica è molto più significativa. I broncodilatatori sono molto diffusi e la percentuale di individui non responders alla terapia può arrivare al 70%.

Insieme a questa percentuale di non responders possiamo associare il fatto che non essendo correttamente effettuata la terapia, esponiamo il paziente alla non cura (la malattia potrebbe essere letale); se associo questo al fatto che non esistano terapie alternative a questo farmaco, allora ho un problema medico molto grave. Una non responsività di questo livello è raggiunta solo se alla base c'è un fattore genetico, non verrà mai raggiunto solo da fattori ambientali, fisiologici o patologici.

Variabilità in tolleranza

Per quanto riguarda la variabilità in tolleranza, mi aspetto che sulla base di un fattore genetico l'individuo diventi meno tollerabile ad un trattamento, accade che alcuni effetti collaterali diventino tossici o che addirittura ne subentrino di nuovi. Questa variabilità nella tolleranza ai farmaci la troviamo in due dati importanti:

• Si stima che ben il 20% di ricoveri ospedalieri siano causati da effetti avversi non previsti causati da trattamenti farmacologici: questo dato ci dice che gli effetti avversi dei farmaci, maggiori di quelli attesi, è addirittura del 20% (frequente e che la gravità è importante, tanto da necessitare di ricovero ospedaliero).
• Si stimano più di 100.000 morti l'anno per effetti avversi da trattamento farmacologico. La mortalità per effetti tossici dei farmaci è al quarto posto negli Stati Uniti come causa di morte.

Una stima di questo tipo difficilmente può essere attribuita a fattori ambientali, fisiologici e patologici. La diversa tollerabilità ai farmaci è correlabile con diverse varianti polimorfiche.

Obiettivo della farmacogenetica

Dove vogliamo arrivare con questi dati di farmacogenetica? Immaginando di trattare una popolazione ampia di individui che hanno ricevuto la stessa diagnosi, riceveranno la stessa terapia con lo stesso farmaco, stessa dose e stessa posologia (terapia convenzionale). Nel momento in cui andassimo a stratificare questa popolazione di pazienti in funzione dell'assetto genetico (genotipo), potremmo trovare una correlazione significativa tra:

• Coloro che presentano una alterata tollerabilità al farmaco (stesso genotipo).
• Coloro che presentano una riduzione dell’intensità dell’effetto (variabilità nell’efficacia, stesso genotipo).
• Coloro che presentano come atteso la stessa risposta in termini di efficienza e tollerabilità.

Tutte queste correlazioni fatte nel tempo tra trattamenti farmacologici e risposte in termini di efficacia e tollerabilità hanno ribadito l'importanza dell'assetto genetico e hanno spinto alcuni farmacologi e medici ad usare questi dati con lo scopo di cambiare il modo di fare terapia farmacologica. La farmacogenetica sta proprio portando ad un cambiamento rilevante nel modo in cui si procede al prescrivere e fare terapia farmacologica.

Quindi tutti i dati di farmacogenetica hanno il fine ultimo di predire (capire a priori):

• Se vi saranno reazioni avverse (anche letali).
• Fallimenti terapeutici (non responders).

Quindi il fine è di trovare il farmaco giusto, alla giusta dose e giusta posologia per ogni tipo di paziente. → terapia personalizzata

Terapia personalizzata

La terapia personalizzata è basata unicamente sui dati di farmacogenetica. Fare medicina personalizzata significa seguire la regola delle 5 R. Quello che viene fatto è passare dalla terapia empirica alla terapia personalizzata.

Terapia empirica → il medico che deve prescrivere il farmaco al paziente si basa sul quadro sintomatologico facendo una diagnosi: la scelta del farmaco, della dose e della posologia si basa unicamente sulla diagnosi (corretta). Se si va con gli stessi sintomi da 10 medici diversi, si dovrebbe ricevere da tutti i medici lo stesso trattamento, perché è la diagnosi e non l'individuo a guidare la scelta della terapia. Questo è importante perché ogni paziente sa di ricevere indipendentemente dal medico la terapia convenzionale che è considerata la migliore, però dall'altro lato se il paziente non risponde come si attende alla terapia (variabilità in termini di tolleranza o efficacia), accade che il medico prescriverà un altro farmaco sempre ritenuto ottimale per quella patologia. Con questo metodo le proprietà del singolo individuo non vengono considerate.

Con la terapia personalizzata si vuole mettere al centro non più la patologia ma il singolo paziente: stessi sintomi, diagnosi corretta della patologia, determino il farmaco ideale come per la terapia empirica, però prima di prescriverlo andrò a fare il test genetico alla ricerca di varianti che evidenze scientifiche dicono essere correlate ad una variabilità individuale al farmaco X. Se si trovano variabilità andrò a fare una terapia personalizzata, se non trovo varianti posso continuare con la terapia convenzionale.

Questo piccolo passaggio però implica un enorme aumento dei costi da parte del sistema sanitario nazionale, perché se diventa di comune utilizzo per ogni prescrizione si dovrebbe verificare l'assetto genetico. Inoltre, non tutte le strutture sono attrezzate con tecnologie adatte per fare questa analisi (rapidamente).

Negli Stati Uniti, per molte terapie farmacologiche ormai viene fatta di routine terapia personalizzata. È proveniente proprio dagli Stati Uniti il primo foglietto illustrativo dove le dosi non erano standard ma in funzione del genotipo.

Però dovrebbe cambiare anche come sviluppare un nuovo farmaco. Tutto questo nasce da evidenze che correlano genotipo con terapia farmacologica (farmaci già in uso): se questa visione deve andare verso la terapia personalizzata, dovrò anche pensare di dare rilevanza alla variabilità genetica anche durante il processo di sviluppo di un nuovo farmaco. Si dovrà quindi cambiare modalità.

Fasi di sviluppo di un nuovo farmaco

Oggi accade che:

• Fase 1: per determinare la tollerabilità. Effettuata su un numero ristretto di individui.
• Fase 2: si determina l’efficacia del farmaco, sono quindi reclutati pazienti (individui affetti dalla patologia per cui si sta sviluppando il nuovo farmaco).
• Fase 3: valutazione dell’efficacia del farmaco paragonata con i farmaci già in uso per curare quella patologia.

Queste sono le fasi di sviluppo clinico per realizzare un nuovo farmaco. Se ci si rivolgesse alla terapia personalizzata, anche questi studi dovrebbero variare, introducendo la determinazione dell’assetto genetico già nei trials clinici. Viene quindi proposto di:

• Introdurre la genotipizzazione di soggetti sani in Fase 1, dove quindi su soggetti sani si determina la tollerabilità e si farà una suddivisione dei pazienti cercando relazioni tra varianti del DNA e presenza di un certo effetto collaterale.
• Fare tutti i profili durante la Fase 2 e 3 quando si studiano i veri e propri pazienti. L’idea è di fare Fase 2 e 3 in maniera completamente diversa. Si dovrebbe fare la genotipizzazione dei pazienti e suddividere i gruppi in sottogruppi che ricevano placebo o il farmaco sperimentale o quello già in uso (cambiare completamente il modo di studiare il farmaco).

Ci sono state proposte sulla fase clinica di sviluppo del farmaco, ma ancora a priori quindi nella fase pre-clinica si potrebbe pensare alle correlazioni. Il fatto della farmacogenetica può ricadere non solo nell’utilizzo dei farmaci, ma si impone nelle aziende farmaceutiche di studiare precise molecole in funzione degli aspetti genetici.

Terapia genica

Disciplina molto recente: ci si riferisce alla terapia genica su uomo, non sulle modificazioni geniche in laboratorio. Il primo trial clinico che ha previsto un protocollo di terapia genica (quindi il primo progetto con scopo di trasferimento genico in uomo) è stato effettuato nel 1991. Fu fatto su 2 pazienti affetti da una malattia ereditaria detta SCID: immunodeficienza combinata severa, dove si ha una mutazione a carico di un gene che codifica per un enzima la cui mancanza di funzionalità causa la non funzionalità dei linfociti T e B. Il gene WT funzionante che codifica per questo enzima fu il gene terapeutico usato in questa sperimentazione somministrato a questi pazienti:

• Un paziente è tutt’ora vivo e vive in normali condizioni.
• Un paziente non è sopravvissuto.

Si tratta quindi di una disciplina giovane, applicata all’uomo.

Per terapia genica intendiamo il protocollo terapeutico che utilizza materiale genetico allo scopo di curare una patologia → uso di acidi nucleici "come farmaci". Non utilizzo piccole molecole di sintesi o proteine terapeutiche, ma si fa un passo in più: utilizzo di acidi nucleici.

Ciò implica:

• Utilizzare il potenziale che l’acido nucleico ha e nessun’altra molecola ha per curare una malattia.
• Come farmaci implica che io debba poter avere una formulazione adatta.

Nota bene: con la terapia genica si vuole arrivare ad andare in farmacia a prendere un farmaco il cui principio attivo è un acido nucleico. Da questo punto di vista la scelta degli acidi nucleici in funzione delle loro potenzialità costituirà il gene terapeutico: ci si riferisce indistintamente in tutti i protocolli di terapia genica al gene terapeutico, sia che sia cDNA o che si tratti di acidi nucleici non codificanti.

Gene terapeutico → qualsiasi forma di acidi nucleico usata a scopo terapeutico. Alcuni esempi sono:

• Oligonucleotidi di DNA/RNA modificato chimicamente.
• Ribozimi e siRNA.
• RNA/DNA con funzione di decoy.
• RNA con funzione di aptameri.

L’idea è che se è facile somministrare un farmaco come una piccola molecola di sintesi, è difficile somministrare acidi nucleici senza modificarli in qualche modo. Un grande aspetto per la riuscita della terapia genica è il fatto che io possa modificare la struttura di cDNA per renderlo biodisponibile nel nostro organismo (→ importanti le competenze die biotecnologi).

La terapia genica vista come uso di acidi nucleici come farmaci è quello che oggi si cerca di fare, ma dal punto di vista farmacologico nasce negli anni '90 come una strategia esclusiva per curare patologie ereditarie di carattere monogenico recessivo, dando il gene WT al posto del gene mutato. Quindi la terapia genica nasce per un obiettivo ben preciso.

Questo tipo di utilizzo del gene terapeutico oggi si chiama protocollo di gene repleacement. Si fa riferimento a questo protocollo proprio quando il protocollo di terapia genica prevede un gene WT che va a rimpiazzare il gene mutato. Il gene repleacement, e quindi la prima idea di terapia genica, sembra banale ma in realtà ha cambiato la visione del trattamento potenziale delle malattie ereditarie che fino a poco prima era stato pensato con modalità che andassero a correggere il difetto genico del paziente: strumenti e strategia per correggere il gene. L’avvento della terapia genica ha cambiato completamente la visione: il gene resta, ma faccio esprimere nelle cellule del paziente il gene nella sua forma WT. → cambio di approccio alle malattie ereditarie.

Dagli anni '90 le tecniche di trasferimento genico sono migliorate molto, questo ha fatto capire che la terapia genica potesse essere applicata anche oltre alle patologie ereditarie. La maggior parte dei protocolli di terapia genica oggi sono pensati per curare altre patologie, non ereditarie:

• Il 65% dei protocolli sono volti al trattamento delle neoplasie.