Parte di Chemioterapia

I FARMACI NELL'ORGANISMO

Concentrazione plasmatica e risposta terapeutica

Regime A e B: sono somministrazioni ripetute endovena; nel regime

A il farmaco viene distribuito, metabolizzato ed eliminato, per cui ci

sono picchi ad ogni somministrazione, fino a raggiungere la finestra

dello steady state (del successo terapeutico); nel regime B il farmaco

si sta accumulando nell'organismo e quindi si possono raggiungere

conc tossiche! Con moltissime sostanze la tossicità dipende dalla

concentrazione! ad es con l'acqua, questa se in eccesso può

diventare tossica nonostante il 70% del nostro copro sia formato da

acqua, perché cambiano le conc dei sali, degli elettroliti delle cellule;

si ha diluizione.

ITER del farmaco nell'ORGANISMO

NB: I processi di assorbimento, distribuzione, ed eliminazione sono tutti

influenzati dalla capacità del farmaco di attraversare le membrane

cellulari.

Quando viene somministrato un farmaco, la compressa ad es disgrega

(si dissolve), entra in soluzione e il princ attivo viene assorbito, entra in

circolo e si ha un farmaco libero, farmacologicamente attivo (che

determina anche la tossicità) che viene distribuito ai vari distretti

dell'organismo e sarà in equilibrio dinamico con il farmaco legato (alle

proteine plasmatiche); l'equilibrio sarà anche con le riserve tissutali (es

tessuto adiposo) e con quello legato ai recettori (sito d'azione: quello

libero si lega al target e svolge la sua azione farmacologica; poi si stacca dal recettore e torna farmaco libero).

L'organismo cerca di eliminare il farmaco perchè è una sostanza estranea => ci saranno processi di

biotrasformazione con formazione di metaboliti e tutto questo porterà ad un'escrezione (riconosciuto come

sostanza estranea, non self, da eliminare).

L'assorbimento, distribuzione ed eliminazione dei farmaci sono tutti legati alla loro capacità di attraversare la

membrana Caratteristiche delle membrane:

a. Membrana generale: 40% PL – 60% proteine

b. Membrana mitocondriale: 20-25% PL – 75-80% proteine

c. Membrana mielinica: 75% PL – 25% proteine (serve per trasportare gli impulsi nervosi e si trova nella

membrana assonale)

La membrana è formata quindi da lipidi, proteine e carboidrati; il colesterolo (caratteristica degli eucarioti) è

importante perchè garantisce la fluidità delle membrane Le proteine (e quindi anche i recettori) si spostano

all'interno della membrana proprio perchè questa è fluida. Il colesterolo però, se in eccesso nelle membrane, è

dannoso perchè può portare ad es a riduzione del lume del vaso (occlusione e formazione di placca

aterosclerotica; non è vasocostrizione, che è determinata da contrazione della m.liscia!). Le sostanze per poter

attraversare le membrane devono avere determinate caratteristiche: prima di tutto non devono essere cariche (non

possono essere troppo polari) e anzi solo le molecole non cariche possono attraversare per diffusione passiva.

ASSORBIMENTO

DIFFUSIONE PASSIVA: caratteristiche dei farmaci che ne facilitano la

diffusione attraverso le membrane

- Assenza di carica

- Elevata liposolubilità (apolarità)

Funziona sul gradiente di concentrazione della sostanza che deve

attraversare.

Si può calcolare la liposolubilità di una sostanza con il COEFFICIENTE

Di RIPARTIZIONE = Conc in olio / Conc in acqua; è un indice

quantitativo del grado di idrofilia/lipofilia di un farmaco (quanto si

ripartisce nella parte lipidica rispetto a quella idrofila):

ແ

Se >1 farmaco tendenzialmente lipofilo

• ແ

Se <1 farmaco tendenzialmente idrofilo

•

Nb: Peso Molecolare: non solo il gradiente è importante per determinare la diffusione passiva, ma anche il PM, in

quanto molecole di peso superiore a 1000 solitamente possono essere assorbite solo per pinocitosi e non per

diffusione passiva.

൐ PINOCITOSI/ENDOCITOSI: È caratterizzata dalla formazione di vescicole che contengono il farmaco in

soluzione invaginazione della membrana, formazione della vescicola che può passare la membrana e

rilasciare la sostanza. Il contenuto delle vescicole può essere rilasciato nel citoplasma o addirittura all’altro lato

1

della cellula (TRANSCITOSI: tipica dell’endotelio capillare). La pinocitosi è caratteristica di proteine (tossina

botulinica o insulina) ed, in genere, delle molecole a PM > 1000. Richiede energia sottoforma di ATP ed è

ancora più versatile del trasporto attivo, che richiede l'intervento di proteine di trasporto presenti sulla membrana

cellulare.

Ruolo delle proteine di membrana: possono essere recettori e quindi possono dividersi in recettori proteici (sono

ad es quello dell'insulina); recettori canale (che fanno passare ioni, come quello dell'Ach, e servono quindi anche

per trasmettere un impulso: creano un ddp nella membrana che trasmette l'impulso); ci sono poi recettori canale

che hanno un gate regolato dal potenziale (es canali del Ca). Esistono anche proteine di trasporto, che trasportano

sostanze (partecipano al trasporto attivo e alla diffusione facilitata dei farmaci) e proteine con legate catene

zuccherine (glicoproteine di membrana).

DIFFUSIONE FACILITATA DEI FARMACI

Avviene ad opera di trasportatori (proteine) presenti È saturabile: quando si ha una quantità troppo

• •

nella membrana elevata di sostanze trasportare e quando non si ha

È selettiva (fino a un certo punto) più il gradiente di concentrazione

• Segue il gradiente di concentrazione

•

TRASPORTO ATTIVO DEI FARMACI Avviene ad opera di scambiatori/cotrasportatori presenti nella

• membrana

È selettivo (fino a un certo punto) perché il trasportatore

• riconosce un certo tipo di sostanza

Può avvenire anche contro il gradiente di concentrazione (in

• quanto è accoppiato ad un processo in grado di fornire

l’energia necessaria = ATP)

È saturabile (e tendenzialmente unidirezionale), non tanto per

• l'annullamento del gradente, ma perché vengono occupati

tutti

Il ruolo dei TRASPORTATORI PROTEICI nell’assorbimento dei farmaci: le proteine di trasporto sono delle proteine

multifunzionali che hanno un ruolo fisiologico nella modulazione del trasporto di diverse sostanze quali zuccheri,

lipidi, aminoacidi, acidi biliari, steroidi, ormoni, vitamine => possono trasportare diversi tipi di sostanze, non solo i

farmaci (è un caso che riconoscano anche questi!). Svolgono un ruolo importante nell'acquisizione di sostanze

importanti per l'organismo, ma anche per l'espulsione di sostanze, come gli acidi biliari, che sono importanti per

l'emissione dei grassi, che altrimenti non potrebbero essere assorbiti (se non in parte ad es sulla membrana

esterna dell'orletto a spazzola dell'enterocita si trova un trasportatore NPC1L1 che riconosce il colesterolo e lo fa

entrare per assorbire quello presente nel cibo). Questi trasportatori servono però anche per eliminare ed espellere

le sostanze potenzialmente tossiche.

a. Captazione: facilitano l’entrata di sostanze (tra cui farmaci) all’interno

delle cellule.

OATP ( )

organic anion transporting polypeptide

• OAT ( )

organic anion transporter

• PEPT ( )

peptide transporter

•

b. Efflusso: esportano sostanze (tra cui farmaci) all’esterno delle cellule,

anche contro un gradiente di concentrazione perché sono proteine che

legano ATP e quindi lo utilizzano per funzionare.

ABC ( sono proteine che legano l'ATP: una

ATP binding cassette

• piccola porzione della proteina riconosce ATP e lo utilizza come

fonte energetica): P-gp ( ) / MDR1 (

P-glicoproteina multidrug resistance

)

protein 1

BCRP ( ) è stata la 1ª scoperta in

breast cancer resistance protein

• quanto donne trattate iniziavano a nn rispondere più al trattamento

e, studiando, si è scoperto che le donne trattate iniziavano ad esporre questa proteina che trasporta il

farmaco all'esterno della cellula (induzione del trasportatore da parte del farmaco). Localizzazione

tissutale della

glicoproteina P

2

Queste proteine di trasporto sono quindi responsabili della

resistenza ai farmaci, non sono agli antitumorali, ma anche

agli antibiotici; questo perché le proteine di trasporto si

trovano:

a. Nel fegato in zone strategiche, ovvero: intorno al

canalicolo biliare (e quindi permettono il passaggio e

l'escrezione delle sostanze nella bile) e a livello degli

epatociti, dove si trovano le cellule endoteliali =>

passaggio delle molecole dal sangue agli epatociti, che

li filtrano e metabolizzano (serve anche per il ricircolo

degli acidi biliari che produce).

b. Nel cervello a livello della barriera ematoencefalica,

dove modulano queli sostanze dall'endotelio possono passare alla cellula nervosa e viceversa (è una barriera

di difesa, che deve permettere l'espulsione delle sostanze tossiche.

c. Nel rene a livello dei tubuli prossimali, dove regolano l'escrezione del farmaco e la sua eliminazione

dall'organismo

d. Nell'intestino, sull'orletto a spazzola, dove regolano l'assorbimento delle sostanze dal tratto GI

e. A livello di placenta, ovaie, testicoli, fondamentali per la riproduzione e quindi necessitano di proteine che

possano espellere le sostanze nocive (devono essere protette per cui devono ributtare fuori le sostanze

nocive).

Assorbimento orale e trasporto attivo: i trasportatori a livello intestinale sono coinvolti nella:

ແ

a) Captazione dei farmaci [favorisce l’assorbimento] PepT1; H+-MCT; SPNT1; ASBT; SLGT1; Dipet-TripeptT

ແ

b) Secrezione dei farmaci [limita l’assorbimento] P-gp (o MDR1); MRP1; cMOAT (MRP2); OCT1; OATP3;

BCRP; LRP

GLICOPROTEINA P (P-gp o MDR1 o ABCB1):

- Membro della famiglia di trasportatori ABC (ATP-binding cassette), ha due siti di legame per ATP, che lega e che

fornisce l'E

- La proteina consiste di circa 1200 amino acidi (abbastanza grossa)

- Gene identificato in diverse specie:

topo: ratto:

mdr 1a,1b e 2 pgp 1,2 e 3

• •

cavia: uomo:

pgp 1,2 e 3 MDR 1 e 2

• •

- 12 segmenti transmembrana

- Largamente distribuita in colon, intestino tenue (è importante che si trovi qui perché il tenue è molto lungo e

soprattutto possiede molte frastagliature: ha le poichè e quindi ha una superficie ampissima), fegato (è il filtro

che protegge l'organismo dalle sostanze tossiche) e cervello (la barriera ematoencefalica protegge dall'entrata

di sostanze tossiche dannose) Ruolo fisiologico: la P-glicoproteina si trova a livello della superficie apicale

di cellule tipicamente associate a fenomeni di trasporto:

a. Superficie apicale delle cellule della mucosa c. Orlo a spazzola del tubulo renale prossimale

intestinale d. Cellule endoteliali di cervello e testicoli, dove

b. Membrane dei canalicoli biliari protegge dall'entrata di sostanze estranee

È stato proposto che il ruolo fisiologico della P-glicoproteina sia la detossificazione mediante la secrezione

attiva di xenobiotici.

NB: La P-gp è però coinvolta anche nella resistenza multifarmaco (MDR) fenomeno secondo il quale cellule

tumorali sviluppano resistenza a farmaci citotossici e quindi l'organismo non risponde più al trattamento

farmacologico => la P-glicoproteina utilizza l’energia risultante dalla idrolisi di ATP per pompare i farmaci citotossici

fuori dalle cellule (impedendone l’assorbimento e l’attività); questo porta a perdita dell'effetto del farmaco. NB: nel

caso della resistenza antibiotica la P-gp appartiene al battere, ma anche all'uomo (ad esempio nelle cellule

intestinali, dove può limitare l'assorbimemto del farmaco); mentre nel caso dei chemioterapici è delle cellule

dell'uomo sia tumorali che sane => MDR è il risultato della sovraespressione di P-glicoproteina: MDR1 nell’uomo;

mdr1 e pgp1 nei roditori.

Induzione della P-gp ad opera della rifampicina [L'AUC dice come il farmaco si distribuisce nell'organismo

(indice dell'andamento nel tempo della concentrazione del farmaco). Il farmaco ad un determinato tempo (Tmax)

arriva ad essere alla conc Cmax]. In questo caso, se somministro Digossina da sola avrò una certa concentrazione

di farmaco assorbita e distribuita nell'organsimo; se si somministra insieme alla Rifampicina, la Cmax diminuisce

moltissimo perché questa è un induttore farmaco-metanolico che induce

l'espressione è l'attività della P-glicoproteina che, funzionando di più,

determina espulsione dei farmaci => la Digossina, anche se assorbita allo

stesso modo, viene eliminata e ributtata fuori dalle cellule il paziente con

scompenso, che necessita la Digossina, può andare incontro a gravi

problemi perchè non si raggiunge il range di concentrazione terapeutico. 3

ASSORBIMENTO "INGEGNERIZZATO" DEI FARMACI

Se i fàrmaci hanno problemi ad essere assorbiti e a passare le membrane, è possibile svilupparne alcuni che

utilizzino i sistemi di trasporto delle sostanze nutritizie per favorirne l’assorbimento. Usare i sistemi di trasporto attivi

può contribuire a superare diversi problemi che limitano lo sviluppo di farmaci:

- -

Limitata permeabilità intestinale Rapida eliminazione dei farmaci

- -

Breve emivita (tempo necessario perché la conc Scarso assorbimento dovuto a limitata solubilità

-

del farmaco si dimezzi. ) Scarsa capacità di penetrare il SNC

È un tempo, non una conc!

- -

Elevato metabolismo di 1º passaggio: avviene Scarsa capacità di raggiungere il tessuto bersaglio

nel fegato e può essere anche del 90%

Visto che la presenza dei trasportatori blocca l'entrata di questi farmaci, diventa

necessario identificare un trasportatore appropriato utilizzato per l'assorbimento di

sostanze nutritive (che quindi necessariamente fa entrare la sostanza nella cellula);

si cerca di capire la forma 3D riconosciuta da questo trasportatore (si sviluppa un

sistema di valutazione del trasporto) e si cerca di identificare le caratteristiche

chimiche necessarie al trasporto (modulo di xenotrasporto); il farmaco viene quindi

modificato ad es attaccandogli un gruppo in più che gli permette di essere

riconosciuto dal trasportatore si combina il modulo di xenotrasporto con la

struttura ad attività farmacologica: viene modificata la struttura del farmaco in modo

che possa essere riconosciuto dal trasportatore e possa essere assorbito (si può

sia aggiungere gruppi funzionali coniugando il farmaco stesso, oppure sviluppare

pro-farmaci), andando a by-passare i problemi => si sfruttano i sistemi fisiologici

dell'organismo per avere l'effetto terapeutico.

Valutare in vitro l’efficienza del trasporto

» Valutare la biodisponibilità nell’animale da esperimento

»

Nb: Se queste proteine modulano l'assorbimento, il metabolismo e

l'eliminazione del farmaco, si può allora modulare anche l'effetto

terapeutico perché si modula la quantità di farmaco presente in circolo

(farmaco libero e legato) e si modulano quindi anche gli effetti tossici, oltre

a quelli terapeutici.

Es: proteina ABCA1 (trasportatore del colesterolo che si occupa di buttare

fuori il colesterolo dalla cellula) e morbo di Tangier (in assenza di questa

proteina) questa malattia è molto rara (~ 100 pazienti omozigoti che nn

esprimono la proteina) e provoca la formazione di tonsille gialle. Le

tonsille normalmente, essendo linfonodi, contengono i linfociti macrofagi,

cellule "spazzino" che ripuliscono vasi e tessuti e possono esprimere

recettori per le lipoproteine e internalizzarle al loro interno; allo stesso

tempo possono però anche ributtarle fuori perché hanno il trasportatore ABCA1. Nel morbo di Tangier, visto che

non c'è ABCA1, il colesterolo si accumula all'interno del macrofago che nn può espellerlo e muore, dando il colore

giallo alle tonsille perché piene di grasso. Il problema è che i grassi si accumulano nei vasi e i pazienti muoiono per

aterosclerosi precoci; gli omozigoti invece muoiono prima di nascere per tossicità a livello fetale perché la proteina

ABCA1 è coinvolta anche nell'assorbimento di altre sostanze a livello intestinale e, non ricevendo nutrienti, il feto

muore (questo spiega perché sono pochi i casi di questa malattia).

Grafico: topi normali che esprimono P-gp (nero) e topi che non la esprimono (bianco).

In questo caso viene somministrato Verapamil radioattivo e si va a vedere la

radioattività presente nel cervello topi: quelli che hanno la P-gp hanno una bassa

radioattività perché il Verapamil, arrivato alla BEE, viene ributtato fuori; nei topi in cui

manca la P-gp si ha invece accumulo del farmaco nel cervello. Se si da però

Ciclosporina a conc crescenti, nel topo transgenico non cambia nulla, mentre nel topo

normale, al crescere delle dosi di ciclosporina, la radioattività cresce come se non ci

fosse la P-gp. Perché? La ciclosporina va a competere ed è più affine alla P-GP

per cui viene espulsa la ciclosporina è il Verapamil può entrare.

Queste proteine di trasporto possono sia esser modulate dai farmaci, che dagli eccipienti, che servono solo per la

somministrazione del farmaco: Cremophor = surfactante non ionico che inibisce la P-glicoproteina e quindi

aumenta ad es di ~22% la biodisponibiltà orale della digossina (il suo assorbimento), che ha un IT stretto e quindi

può essere molto pericolosa. DISTRIBUZIONE

Nell'iter del farmaco nell'organismo questo viene distribuito ai vari distretti e in questo caso grande importanza va al

legame alle proteine plasmatiche, che può ridurre molto la distribuzione ai tessuti e può essere un problema per

farmaci con: 4

a. Elevato legame alle pr