Farmacologia e farmacoterapia - Appunti

Farmacologia e farmacoterapia

Floriana Cremasco La farmacologia è la scienza che si occupa dello studio di nuovi farmaci, della loro natura e delle loro proprietà. Non si deve confondere il termine invention con discovery. Infatti invention indica una “invenzione”, mentre discovery una “scoperta”. Lo scopo del farmacologo non è quello di andare alla ricerca di molecole preesistenti e scoprirle, ma deve saper progettare nuove molecole sulla base delle conoscenze acquisite. La farmacoterapia invece si occupa del trattamento delle malattie grazie all’utilizzo dei farmaci.

Classi di farmaci

Con il termine farmaco si possono intendere diverse classi di molecole:

• Piccole molecole derivanti dalla sintesi chimica (ora meno utilizzate).
• From hits to leads → farmaci derivanti da un colpo di fortuna e che grazie a studi sono stati modificati per renderli ottimali per la cura.
• Me too drugs → sono farmaci derivanti dalla modificazione di farmaci preesistenti che sono stati modificati per migliorarne la farmacocinetica o la farmacodinamica. Molto simili ai me too drugs sono gli equivalenti, ovvero quei farmaci caratterizzati da stessa molecola chimica ma che possono avere diversa ADME, ovvero farmacocinetica.
• Large molecules → ora come ora le grosse molecole derivanti da modificazione di proteine o altre molecole biologiche stanno diventando sempre più importanti. Si parla in questo caso di farmaci biologici che sono in grado di interagire con dei target (si parla di lead) che grazie a una loro modificazione possono diventare veri e propri farmaci. Perciò con lead si intende una molecola in grado di interagire con un target, con farmaco si intende invece una molecola che può portare a degli effetti terapeutici.

Quando si deve procedere allo studio della farmacologia si può conoscere tutto del recettore e niente delle molecole che interagiscono con questo, e quindi in questo caso si cerca di andare a studiare delle molecole che possano interagire con il recettore, e possano in questo modo portare a degli effetti, oppure si può conoscere tutto della molecola e niente del recettore; in questo caso si hanno già delle determinate molecole che si sa che interagiscono con il nostro recettore e si tenderà a cercare di capire come queste interagiscono con il nostro recettore. (Dove con recettore si intende un target proteico che può essere un recettore vero e proprio, una proteina di trasduzione del segnale, un enzima, un canale).

Quando si conosce la molecola e non il recettore si parla di esperimenti di attività; che sono dei saggi nei quali si utilizzano diverse molecole che sono in grado di interagire con il recettore, ma che non è detto che possano portare a degli effetti terapeutici. È quindi necessario trovare quelle molecole che comportano degli effetti terapeutici.

Studio di un target

Quando si procede allo studio di un target ci si deve chiedere se quel target può diventare bersaglio di un farmaco, quindi se è druggable, infatti le proteine non sempre sono idonee per andare a interagire con dei farmaci, e poi ci si deve anche chiedere se lo sviluppo di farmaci per quel target è sostenibile da un punto di vista economico e se si ha già un qualche dato che mi dica che agendo su quel target posso avere degli effetti terapeutici. Si deve notare che molto spesso questo tipo di informazioni derivano da studi condotti su topi, ma sono molto più importanti i dati provenienti per esempio dalla clinica. Una volta poi che una molecola è stata sviluppata sarà necessario presentarla alla EMA (Agenzia Europea Farmaci) o alla FDA (Food and Drug Administration) che diranno se quella molecola può essere portata in preclinica e successivamente in clinica.

Drug invention

Nella drug invention si ha una serie di passaggi:

• Drug invention
• Si stabilisce quale molecola interagisce con il recettore
• Si studia la farmacocinetica e la farmacodinamica
• Si fanno studi in cui si valuta l'efficacia sugli animali
• Si fanno test di tossicità
• IND filing → investigational new drug: sulla base di molecole preesistenti si cercano delle molecole con indice terapeutico migliore, o minore effetto tossico
• Fase I del trial clinico

Sperimentazione clinica

La sperimentazione clinica è una sperimentazione che si divide in più fasi. La fase 1, 2, 3 costituiscono la fase del precommercio, poi si passa alla fase del commercio in cui però il farmaco viene costantemente monitorato sia da EMA che da FDA.

FASE 1 → serve per verificare la safety del farmaco e viene effettuata su un numero ristretto di volontari sani. In questa fase si fanno delle dosi singole che vengono man mano ripetute a seconda di cosa si crede sia meglio ai fini degli studi. È importante notare che questa viene effettuata su soggetti SANI e su un numero RISTRETTO.

FASE 2 → come la fase 3 serve per andare a verificare la efficacy del farmaco. In tale fase si ha un numero di pazienti malati non troppo grande e che devono essere quanto più possibile omogenei tra loro.

FASE 3 → numero di pazienti maggiore rispetto alla fase 2 e in questo caso non sono così omogenei come nella 2, e si ha a che fare con un numero maggiore di pazienti. Solo se un farmaco supera queste fasi potrà essere commercializzato. Si nota però che un farmaco che arrivi sul mercato, non è sempre detto che non sia completamente tossico. Infatti si sente spesso parlare di farmaci ritirati dal commercio o perché tossici, oppure perché ritenuti non efficaci.

L’errore che si può venire a verificare può essere dovuto al fatto che se nella fase 3 si usano per esempio 15000 pazienti, quando il farmaco viene messo in commercio sarà utilizzato da milioni di persone e perciò si potranno osservare meglio i veri effetti. Per questo motivo è necessario avere sempre la vigilanza che garantisca in questo modo la safety.

Una volta che sono stati condotti gli studi sul farmaco è necessario procedere anche agli studi con un placebo. Questo serve per verificare la vera efficacia del farmaco.

Ruolo del farmacologo

Il ruolo di un farmacologo nelle industrie è per esempio di andare a capire su quante persone deve essere condotta la fase 2. Gli studi di efficacia sono degli studi che possono essere condotti o per nuove molecole che devono essere introdotte sul mercato, oppure per molecole che vogliono andare a sostituire altri farmaci già esistenti. In questo caso si parla di farmaci non inferiority, ovvero si cerca di fare delle sperimentazioni cliniche che mirino, non a dimostrare che un farmaco è meglio di un altro, ma che sia non inferiore a un farmaco già in commercio. Per esempio le statine fanno un fatturato annuo di 25 milioni di dollari. Le aziende farmaceutiche cercano di andare a progettare nuove statine non inferiority per riuscire in questo modo ad accaparrarsi parte del mercato.

Si nota che se nella ricerca di base possono essere trovate moltissime molecole, solo poche di queste raggiungono effettivamente il mercato. Questo è dovuto al fatto che per quanto riguarda la fase 1 (per un costo di circa 10 milioni di dollari), può portare a dimostrare come moltissime molecole siano tossiche e perciò vengono abbandonate. La fase 2 e 3 sono delle fasi che portano all’eliminazione di altre molecole perché magari non efficaci, e si hanno costi nella fase due di circa 20 milioni di dollari (minor costo perché minor numero di soggetti) e 1 miliardo di dollari nella fase 3 (maggior costo perché più soggetti presi in considerazione). Il tutto richiede circa 10 anni.

Per lo sviluppo di farmaci deputati alla cura di malattie rare, i costi sono ridotti, ma è più facile avere errori durante la sperimentazione a causa di un minor numero di soggetti sui quali possono essere condotti gli studi. Annualmente vengono approvati circa 20 nuovi farmaci.

Evidence based medicine

La evidence based medicine indica che un medico può curare un paziente con un farmaco solo se si ha la prova evidente che quel farmaco è efficace. Non troppi anni fa l’utilizzo di farmaci si basava solo su prove empiriche, ovvero sul fatto che un farmaco avesse un determinato tipo di effetto.

NB → con il termine indicazione si intende la malattia che si deve curare.

Farmacologia generale

PK → farmaco cinetica → ADME PD → farmaco dinamica → effetto del farmaco a causa dell’interazione con il target. ADME → assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione.

Nello studio della farmacocinetica sono di fondamentale importanza alcuni parametri che sono:

• Biodisponibilità → la sua unità di misura è la percentuale e indica la quantità di farmaco che è presente inalterata nel nostro organismo e che è disponibile per l’utilizzo e quindi per dare un determinato effetto.
• Volume di distribuzione → viene indicato con L (volume). Il volume di distribuzione viene normalmente detto volume di distribuzione apparente. In base alle caratteristiche chimiche del composto preso in considerazione si hanno diversi volumi di distribuzione.

Per una persona di circa 70 kg, il contenuto totale di acqua è circa 40-45 litri così distribuiti:

• 3 litri nel plasma
• 11 litri nei fluidi extracellulari
• 25 litri nelle cellule

In base alle caratteristiche chimiche un farmaco sarà più o meno presente in determinati distretti e avrà un determinato volume di distribuzione. Per esempio, una molecola idrofila avrà volume di distribuzione pari a 3 litri poiché non potendo diffondere sarà presente a livello del plasma. Una molecola che invece riesce a diffondere ma non entra nelle cellule avrà volume di distribuzione apparente di circa 11 litri. Una molecola invece con volume di distribuzione di circa 40 litri è perché è presente a livello di plasma, fluidi ecm e anche nelle cellule. Nel caso il volume di distribuzione sia molto maggiore rispetto a 40L, vuol dire che si ha una zona di accumulo della sostanza, questo è quello che accade con la digossina che è una molecola lipofila che tende ad accumularsi.

Il volume di distribuzione viene calcolato come quantità di farmaco/concentrazione plasmatica.

• Tempo di dimezzamento: viene espresso in ore, min o secondi.
• Clearance → esistono diversi tipi di clearance: si ha clearance sistemica od’organo. Con la clearance si indicano tutte le possibili vie con le quali una molecola può essere escreta.

La clearance viene calcolata come volume x E [rapporto di escrezione → (concentrazione plasmatica-concentrazione urine) / concentrazione plasmatica ].

La tossicità di un farmaco può essere dovuta al fatto che un farmaco può raggiungere sì il target da noi ricercato, ma in un tessuto diverso rispetto al tessuto dove volevamo avesse effetto. In quel caso si avrà perciò un effetto collaterale indesiderato.

Assorbimento

L’assorbimento è caratterizzato da una costante di assorbimento che indica il passaggio del farmaco dal sito di somministrazione al sito centrale di distribuzione che è il sangue. La somministrazione endovenosa non è caratterizzata da alcuna costante di assorbimento. Se si confronta la somministrazione os (oral somministration) con la sottocutanea, si nota come quest’ultima sia molto più rapida, ed entrambe sono caratterizzate da K assorbimento.

Il nostro organismo è caratterizzato dalla presenza di una serie di sistemi deputati al trasporto del farmaco, sia di afflusso che di efflusso. Questi sistemi oltre a permettere per esempio il trasporto in direzione 2-1 (dal compartimento di somministrazione al compartimento centrale) permettono anche il trasporto in direzione 1-2 e quindi è molto complesso andare a studiare le vere concentrazioni del farmaco nel plasma, anche perché poi si avrà una costante di eliminazione e anche il metabolismo del farmaco che tenderà a inattivare il farmaco e a renderlo più facilmente eliminabile.

Un sistema di trasporto di fondamentale importanza è la glicoproteina P. Questa glicoproteina che viene anche detta MDR1 (multi drug resistance protein) oppure ABCB1 (ATP- binding cassette). Questa glicoproteina è pressoché ubiquitaria, la si trova per esempio a livello del cervello dove media l’assorbimento dei farmaci. A livello di rene, intestino e fegato media invece l’escrezione dei farmaci, ecco perché viene detta multi drug resistance. Questa glicoproteina non è selettiva (ecco perché multi drug).

Questa glicoproteina è stata clonata, ovvero ne è stata stabilita la sua sequenza amminoacidica primaria e fu visto che ha una struttura simile ai trasportatori abc, ecco perché è detto abcb1. Questa infatti, come gli abc transporters utilizza ATP per permettere l’efflusso del farmaco. Questo tipo di glicoproteina non è presente solo nell’uomo, ma anche in topo e altri animali, anche se con caratteristiche leggermente diverse.

Polimorfismo genetico

Si deve notare che il gene che codifica per tale glicoproteina può andare incontro a delle modificazioni che portano così allo sviluppo del così detto polimorfismo. Il polimorfismo viene studiato dalla farmacogenomica e farmacogenetica, che sebbene siano simili, sono leggermente diverse. Infatti la farmacogenomica studia come le variazioni che si possono avere a livello del DNA e dell’RNA vanno a modificare la funzionalità di un farmaco. La farmacogenetica invece studia come le modificazioni del DNA comportano delle alterazioni di funzionalità di un farmaco. Quindi la farmacogenetica è una sotto branca della farmacogenomica.

Con il termine mutazione si intende la sostituzione di un singolo nucleotide e può essere presente più o meno spesso nella popolazione. Se la mutazione è presente in meno dell’1% della popolazione si parla di mutazione rara. Se si ha una mutazione su di un singolo allele (ne ereditiamo uno dalla madre e uno dal padre) si possono avere 3 diversi genotipi e quindi anche tre diversi fenotipi:

• Malato omozigote → entrambi gli alleli sono mutati
• Malato eterozigote → un solo allele è mutato
• Sano → nessuno degli alleli è mutato.

Quando nel gene della glicoproteina si ha un nucleotide errato si può avere ppil’ottenimento di una proteina con un aa sbagliato che comporta l’ottenimento di una proteina instabile che viene degradata prima e perciò si ha una sua minore funzionalità, la proteina può essere stabilizzata e perciò se ne ha una maggiore funzionalità, si può anche avere una proteina con funzione diversa. In alcuni casi, invece di una sostituzione puntiforme si può avere la completa delezione del gene e quindi si perdono totalmente le proteine. In alcuni casi si possono avere dei geni che sono duplicati e quindi si avrà una over espressione della proteina. I polimorfismi possono andare a modificare la farmacocinetica dei farmaci, oppure la farmacodinamica. Per questo motivo è di fondamentale importanza andare a controllare il genoma dei pazienti per riuscire a sviluppare delle cure che siano mirate e personalizzate.

In alcuni casi può essere che non è il target ad essere mutato, ma per esempio delle altre proteine a causa della presenza di determinate malattie, e questo può comportare la modificazione della funzionalità del farmaco.

Per studiare il polimorfismo di ABCB1 fu fatto un esperimento in cui si prese un numero di soggetti non troppo piccolo ma nemmeno troppo grande (circa 70) e furono divisi in soggetti senza mutazione CC e soggetti CT/TT (ovvero con un solo allele mutato o con entrambi gli alleli mutati). In particolare si ha una sostituzione della cys in posizione 3435 con una timina, ecco perché si parla di mutazione C3435T. l’allele comune sarà quello con la cys, l’allele raro quello con la timina. Si possono avere 3 genotipi:

• CC
• CT
• TT → sono molto pochi.

Nell’esperimento si hanno solo due gruppi e non tre poiché, avendo analizzato un numero di soggetti non troppo elevato, si avevano pochi TT per riuscire ad elaborare i dati e perciò furono messi con i CT.

In questo grafico sull’asse delle X si ha il polimorfismo per ABCB1 e sull’asse delle Y la curva AUC. La linea nel mezzo dei rettangoli indica la mediana, mentre i limiti dei rettangoli indicano il percentile 25 e 75, mentre le linee orizzontali indicano il percentile 10 e 90. Si nota che per quanto riguarda gli alleli mutati si ha una mediana più bassa rispetto ai soggetti sani. Questo indica che nei soggetti malati si ha una distribuzione della popolazione più spostata a sinistra, ovvero la curva AUC sarà più sviluppata verso sinistra, rispetto a quanto invece accada nei soggetti sani. Si nota però che a stessi valori della curva auc possiamo avere sia un soggetto malato che sano, e questo è dovuto al fatto che lo studio è stato condotto su un numero troppo ristretto di soggetti. In questo caso quindi anche con genotipi diversi si possono avere curve auc uguali. Se si andasse ad ampliare il numero di soggetti esaminati, si potrebbe ottenere un grafico in cui i genotipi CT e TT sono separati da CC, e addirittura potremmo anche ottenere una separazione di CT e TT, così da ottenere tre gruppi.

La curva auc è una curva che indica la biodisponibilità di un farmaco. Più la curva ha l’area grande, maggiore è la biodisponibilità. Si deve notare che se la somministrazione è per esempio OS, si ha una sorta di gaussiana caratterizzata da un picco massimo di concentrazione plasmatica. Se la somministrazione è intravenosa, poiché non si ha una cinetica di assorbimento, la curva parte già dal massimo e tende a calare man mano.

Statistica

Quando si ha una gaussiana simmetrica si parla di distribuzione normale (curva che si ottiene per esempio quando si rappresenta il peso, l’altezza il diabete). Quando la distribuzione non è simmetrica si parla invece di distribuzione non normale. Sono di fondamentale importanza parametri come:

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