Progettazione e sviluppo del farmaco

HIT VALIDATION

Altre applicazioni di questa chimica combinatoria sono nei processi di hit validation (periodo tra 2-6 mesi) che comprendere la conferma

dell’hit, ma in che modo?

- Dimostrare la sviluppabilità farmaceutica (CYP450, clearance metabolica in vitro, permeabilità al passaggio delle membrane);

- Verificarne la brevettabilità;

- Dimostrare la manipolabilità chimica, cioè sintetizzabile attraverso una via sintetica utilizzabile nelle sintesi parallele in soluzione

attraverso massimo 5 o 7 passaggi.

- Dimostrare l’esistenza di SAR all’interno di congeneri.

collezioni focused

Sono perché sono focalizzate.

Per quanto riguarda il processo di lead optimization (1-3 anni), trattato con la chimica combinatoria, ci avviciniamo sempre più alla

molecola “girino”, infatti ho una collezione di small focused, le cui caratteristiche:

- Progettazione guidata dalla SAR, ottenuta dalla fase precedente;

- Basso numero di componenti (25-100)

- Composti rigorosamente singoli, quindi dalla struttura a ragno mi avvicino a quella monodirezionale.

Anche qui la sintesi in soluzione è preponderante, infatti garantisce:

- Alta purezza chimica (95%);

- Saggiate per l’attività e selettività;

- Saggiate in farmacocinetica (e negli studi pre-tossicologici).

Considerazioni conclusive sulla chimica combinatoria: il processo più critico è costituito dalla progettazione della collezione di composti

(library desing). La chimica combinatoria contribuisce nei vari step descritti in precedenza ma va fatta estrema attenzione alla selezione che

si produce nella scelta dei componenti che sono fatti reagire per la costituzione della collezione. Un contributo importante a questo può

essere dato dal diversity oriented library cioè da una collezione costruita con l’obbiettivo di esplorare lo spazio chimico attraverso un

intermedio che facilmente e in pochi passaggi possa essere modificato (cioè orientato diversamente) e permettere un cambiamento dello

scheletro per aumentare la % di successo delle molecole testate.

Approfondimento: Piersanti

Nel mondo della farmaceutica si necessita di screenare tantissimi composti sia che si conosca il target che non; parliamo di milioni di

composti da testare, e si riesce ad avere, per un determinato target, tantissimi composti.

Più composti hai e più è facile trovare un hit su un particolare target ma anche su più target.

Si devono progettare library in maniera opportuna, ecco perché nasce la chimica combinatoria, cioè in realtà si sono applicate delle

combinazioni nella sintesi dei composti e si è evoluta una tecnologia per ottenere almeno migliaia di composti alla volta.

Bisogna avere la struttura base in grande quantità: poi si aggancia alla resina per sviluppare la chimica combinatoria su fase solida.

La biologia, anche dopo il progetto genoma umano, era in grado di individuare tantissimi target molecolari; è cambiata anche la logistica

dell’industria farmaceutica.

Ci sono nuovi strumenti per fare una library: i primi ad essere utilizzati e scoperti sono facili “Bhodan miniblok”, ossia strumenti economici,

pratici, sono essenzialmente delle griglie con dei pozzetti (5-10 mg di prodotto) che permettono di fare 96 composti a volta ed hanno

anche la possibilità di essere combinati sia in parallelo che in serie, sono utili perché tengono delle cartucce all’interno e il pallone di

reazione diventa essenzialmente un tubo, si apre la valvolina ed escono uno alla volta tutti questi 96 composti.

Si separano non per cromatografia ma con altri metodi.

Si lavora in genere in fase solida con delle resine a cui si attaccano. Sono molto pratici anche perché consentono anche di lavorare a

temperature elevate o a freddo.

ESPLORAZIONE PRIMARIA DELLE RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITÀ (SAR)

Va sotto il nome di approccio analogico quello che considera trasformazioni di mantenimento delle caratteristiche.

Si chiama invece approccio disgiuntivo quello che stravolge la molecola.

Noi tratteremo strutture cicliche in relazione ad altre strutture cicliche.

Se noi partiamo da una struttura non ciclica ad una ciclica, doniamo alla nuova struttura delle caratteristiche più importanti di quelle che

aveva precedentemente. Ho da una parte una struttura aperta, mentre dall’altra ho un suo analogo.

L’analogo, in particolare, è un profarmaco.

Questi sono farmaci diuretici.

In vivo, la molecola di destra si ciclizza e quindi resa attiva.

A destra abbiamo un sale, quindi ci aiuta nel momento in cui dobbiamo fare una

somministrazione in ambiente acquoso.

La molecola di destra, spontaneamente, dà quella di sinistra: è una reazione di equilibrio e si

forma un ciclo in più, in particolare un lattone.

Siamo nel campo degli estrogeni.

C’è stata una notevole riduzione del numero di cicli.

Tra la prima e la quarta molecola abbiamo una equivalenza.

Abbiamo uno PSEUDOCICLO: abbiamo una conformazione della molecola che,

sovrapponendola con quella iniziale, presenta analogie.

La prima e la quarta molecola, infatti, sono considerati BIOISOSTERI.

Se considero le interazioni che crea il gruppo OH, sia nella 1 e nella 4 abbiamo la stessa

distanza (è una analogia).

L’isomero, però, è molto meno attivo.

Oltre all’apertura dell’anello, si è visto che il gruppo amminico non c’è

più ed è stato sostituito con un idrogeno. Se considero l’attività

ipotensiva, vedo che nella 3 è necessaria una quantità molto più alta

di farmaco per avere lo stesso effetto, tuttavia l’analogo aperto che

non contiene il metile ha un’attività superiore rispetto all’altro.

Quindi attraverso queste modificazioni, potremmo andare oltre e

capire ad esempio altre interazioni.

Parliamo di statine. La 1 è una statina di primo tipo.

I centri stereogenici sono 8, ma quelli di cui non possiamo fare a meno

sono solo 2 (quelli coinvolti direttamente nell’interazione con il bersaglio).

Noi ragioniamo in termini di ciclo aperto e ciclo chiuso perché

somministriamo delle molecole che, in vivo, vanno a ciclizzare. In questo

modo inibisco la biosintesi del colesterolo.

Irrigidisco la molecola ed inserisco eteroatomi andando a vedere le diverse caratteristiche

e interazioni che vanno a crearsi.

Guardando la prima struttura si nota il legame ad idrogeno intramolecolare; questo è da

mettere in conto in relazione ai dati che dobbiamo interpretare. Ad esempio nell’NMR la

presenza di questo legame cambia notevolmente lo spettro.

La seconda molecola, invece, presenta un centro stereogenico che si viene a creare in

seguito alle modificazioni. A fianco abbiamo modificazioni a carico di cicli che impatta sulla bontà della

molecola, tuttavia le molecole appartengono comunque alla stessa classe.

In questo caso, invece, con modificazione del ciclo creo una molecola che

appartiene ad una classe differente rispetto alla molecola di partenza.

Con queste modificazioni, invece, ottengo informazioni sulle interazioni che ci

sono con la tasca (bersaglio).

Questi sono composti ‘’spiro’’: sono collegati al brevetto.

Dato che nel brevetto ci sono moltissimi composti ciclici, alcune aziende

farmaceutiche fecero composti spiro. È stato messo in atto il ‘’benzo-splitting’’, ossia un allontanamento di un anello da un altro

anello (spesso aromatico).

In questo modo possiamo vedere se varia ad esempio la solubilità o la tossicità grazie a

dei test. La componente centrale, prima attaccata alle componenti estreme, ora

va da una parte e poi l’altra, ossia accompagna entrambe le

componenti eterocicliche.

Le aziende, in questo caso, hanno trovato sia uno scaffold cromonico

che uno benzofuranico.

Questi scaffold furono poi utili nella cura di diverse patologie.

Quindi attraverso la modificazione a carico di un triciclo, si è aperto un

mondo nella ricerca terapeutica.

Approccio disgiuntivo

La cocaina ha effetti narcotici, mentre la procaina non ha effetto narcotico ma ha effetto anestetico

locale. Quindi attraverso un approccio disgiuntivo si può avere l’eliminazione di effetti secondari.

(Non sempre, però, è così) Approccio congiuntivo

Irrigidisco la molecola in modo che la molecola non ruoti.

Nella tasca a disposizione ci sono aa in grado di interagire con il gruppo che stiamo

esaminando; se più di un aa significa che uno è quello desiderato con cui speriamo

interagisca, mentre gli altri sono indesiderati. Se la catena è in grado di ruotare ed è in

grado di stabilizzarsi, bisogna risolvere questo problema.

Irrigidendo, ossia facendo una approccio congiuntivo, risolvo il problema della

rotazione.

Irrigidendo, risolvo il problema.

Si poteva risolvere il problema anche in un altro modo, ossia creando un altro analogo

rigido.

L’analogo rigido si deve formare dal neurotrasmettitore flessibile.

Nel caso di fianco abbiamo messo l’N in un ciclo, bloccandolo.

Anche qui abbiamo un’interazione con la tasca; si tratta di

interagire nel modo più opportuno con un bersaglio.

È borderline rispetto alla omologazione classica.

Quanto l’inserimento di un gruppo metilico o più gruppi

metilici può influenzare?

(omologazione classica = aggiunta di gruppi metilenici)

Qui si vede l’influenza dell’arrangiamento che arriva dalla

possibilità di ruotare da parte delle catene intermedie.

Se la catena è abbastanza lunga, può stabilizzare

l’interazione con gli aa.

Quindi la catena intermedia, ripiegandosi, interagisce in

maniera opportuna. Però, in queste situazioni, bisogna

prestare attenzione perché abbiamo semplificato gli

strumenti per esplorare: si potrebbe anche avere la catena

intermedia che non riesce ad interagire e quindi avrei avuto

una minore attività e una maggiore concentrazione (ho una

situazione altalenante in cui l’attività migliora e peggiora

continuamente).

ISOSTERIA Le modifiche sono apportate con il gruppo acido.

Attraverso l’isosteria modifico l’attività, in particolare la ribalto.

In questo caso abbiamo la procaina, anestetico locale, e la procainammide,

ossia un antiaritmico.

Con una minima modifica, ossia la sostituzione di un O con un NH, ha portato

ad un cambiamento totale dell’attività.

Perché un farmaco è un anestetico locale e l’altro è un antiaritmico?

Perché varia la lipofilia: -COO- e -COONH- sono diversi in quanto hanno lipofilia

diversa. Sostituiamo l’ossigeno oppure lo inseriamo quando vogliamo vedere se

quell’atomo o coppia di atomi (ad esempio nel caso di NH) ha più influenza o

meno rispetto ad una