Riassunto esame Tecnologia e legislazione dei medicinali biotecnologici, prof. Selmin, libro consigliato Tecnologie Farmaceutiche, Aulton

Lezione 1: Biofarmaceutica

Il medicinale può servire per ripristinare una situazione fisiologica, per eliminare il dolore, per trattare una situazione post-intervento o pre-intervento, eccetera; può quindi servire per il trattamento di diverse patologie. Ma ci sono delle situazioni in cui i farmaci non necessariamente vengono utilizzati per il trattamento di una patologia, ma ci sono anche i vaccini che servono per prevenire una patologia e la pillola anticoncezionale, ad esempio, che serve per alterare una funzione fisiologica in un soggetto fondamentalmente sano. Quindi i medicinali servono sia per curare, che per prevenire, che per modificare.

Medicinale biotecnologico

Un medicinale biotecnologico (insulina primo farmaco biotecnologico entrato in commercio) è un medicinale in cui si sfruttano dei principi attivi ottenuti con le biotecnologie, dove per biotecnologie si intende l’utilizzo della tecnologia del DNA ricombinante. I farmaci biologici, che comprendono anche l’insulina di origine estrattiva, comprendono i farmaci biotecnologici, che comprendono l’insulina ottenuta tramite la tecnica del DNA ricombinante.

Non possiamo soffermarci al solo mondo delle grandi molecole però, ma anche alle small molecules, perché le piccole molecole servono per l’ottenimento di farmaci più complessi e perché le problematiche di queste ultime sono diverse da quelle di origine biotecnologiche.

Il destino del principio attivo

Il destino di un principio attivo una volta che entra nell’organismo, in funzione del tempo, è questo, facendo l’assunzione che il principio attivo sia somministrato nel circolo sistemico che è quindi anche lo stesso sito di assorbimento. Se quindi confrontiamo la percentuale nel sangue rispetto alla dose somministrata di medicinale in funzione del tempo, si ottiene una curva che presenta un preciso profilo. Il principio attivo al tempo 0 nella circolazione sistemica è nella sua percentuale massima, mentre al passare del tempo la sua percentuale tende a diminuire perché in parte il farmaco viene metabolizzato (allo scopo di rendere più semplice l’eliminazione) perché in parte il farmaco viene eliminato e perché entrano in gioco vari equilibri che comportano una riduzione del farmaco nel torrente circolatorio.

Man mano che il principio attivo diminuisce nel tempo nel sangue, si ha un aumento della percentuale invece di principio attivo escreto e di quello metabolizzato. In questo caso si ha la coincidenza tra sito di assorbimento e circolazione sistemica, ma non è sempre così in quanto alcuni principi attivi devono agire in corrispondenza di un determinato sito dell’organismo. Quindi spesso assumiamo un farmaco per una particolare via di somministrazione, ma poi il farmaco deve andare ad agire ad un particolare distretto corporeo. In questo caso cambia il profilo, in quanto possiamo distinguere due fasi: una di aumento della percentuale plasmatica per prevalenza degli input e una di riduzione della percentuale plasmatica per prevalenza invece delle condizioni di output.

Tendenzialmente queste curve possono essere definite con una serie di parametri: Cmax è la concentrazione plasmatica massima che viene raggiunta in un tempo pari a tmax; AUC è l’area sotto alla curva che rappresenta la quantità totale di farmaco presente nel circolo sanguigno durante il tempo medio di permanenza del principio attivo MRT. Se il sito di somministrazione coincide con la circolazione sistemica, allora la Cmax che si raggiunge è più elevata rispetto all’altro caso, inoltre cambia anche l’AUC.

Questo grafico fa riferimento ad un modello che viene definito ADME, che rappresenta l’acronimo di 4 processi fondamentali: assorbimento, distribuzione, metabolismo ed eliminazione. Ciò significa che il principio attivo viene assorbito, passa nel circolo sistemico, può subire talvolta un effetto di primo passaggio precedentemente; una volta raggiunta la circolazione sistemica può subire metabolismo, permettendo l’ottenimento di un farmaco attivo nel caso di un pro-farmaco o di metaboliti meno attivi e più facilmente eliminabili, e può in parte distribuirsi al sito di azione dove esercita il proprio effetto farmacologico e in parte ad altri siti di deposito (ad esempio anti-malarici si depositano molto nel tessuto adiposo perché molto lipofili e quindi hanno un’emivita molto lunga). Inoltre parte del farmaco va invece incontro ad eliminazione.

In realtà manca una parte in questo schema, cioè il principio attivo deve precedentemente essere liberato dalla formulazione in cui il farmaco si ritrova. Se dobbiamo considerare anche questo aspetto, dobbiamo aggiungere una lettera all’acronimo ADME, in particolare si aggiunge la lettera L, in quanto tutti i principi attivi, anche i più semplici (no fisiologica, no glucosata, no acqua), non sono mai somministrati come tali, ma in una forma farmaceutica, con cui si intende una particolare elaborazione, tecnica o tecnologia di sostanze terapeuticamente attiva al fine di permetterne la somministrazione al paziente, nel modo più semplice, più sicuro e più efficace. Tutti i farmaci devono rispondere a questi requisiti di sicurezza, di qualità e di efficacia.

Esempio: la compressa, la capsula, il collirio, il nebulizzatore per l’asma, la crema sono diverse forme farmaceutiche, ma il principio attivo è praticamente lo stesso. Si sceglie una forma farmaceutica piuttosto che un’altra sulla base della via di somministrazione, della biodisponibilità, dell’economicità, della qualità, della stabilità, dell’accettabilità del paziente e dell’industrializzazione.

Per qualità si intende che gli attributi del prodotto vengono mantenuti nel corso del tempo, quindi a questo si ricollega anche il principio della stabilità. Se un principio attivo deve essere somministrato in una determinata popolazione, la forma farmaceutica può impattare sulla accettabilità e la compliance del paziente (tachipirina, all’aumentare dell’età: gocce, sciroppo, supposte, compresse disperdibili o da ingerire direttamente); la popolazione quindi non è omogenea e ciò non influisce solo sulla dose ma anche sulle capacità fisiologiche e psicologiche del paziente.

La tecnologia farmaceutica quindi permette di avere un medicinale ad hoc, sulla base delle caratteristiche dei pazienti presi in considerazione. Anche l’industrializzazione è importante, perché il medicinale deve essere accessibile a tutti, così come l’economicità; ci sono ad esempio anticorpi monoclonali costosissimi, ma ciò è giustificato quando la patologia da trattare è particolarmente grave (ad es. tumore). Anche l’economicità quindi ha un peso nell’andare a permettere la messa in commercio del farmaco stesso.

L’ADME è importante ma sarebbe più opportuno parlare di LADME perché tutti i farmaci sono formulati sotto forma di forme farmaceutiche che vengono somministrate e devono liberare il principio attivo. Una volta che il principio attivo è stato liberato, allora è disponibile all’assorbimento, alla distribuzione, al metabolismo e alla eliminazione. La fase di somministrazione e liberazione può avvenire con modalità molto diverse, perché per esempio un principio attivo può essere sensibile al pH e quindi se consideriamo la via orale, il farmaco potrebbe essere degradato nello stomaco. In questo caso può essere quindi pensata una forma farmaceutica diversa che possa liberare il principio attivo nell’intestino garantendone la stabilità e il mantenimento.

Quindi fondamentalmente, quando si ragiona aggiungendo allo schema generale anche l’apporto dato dalla forma farmaceutica si inizia a parlare di bio-farmaceutica, dove si intende lo studio di tutti i fattori che influenzano la bio-disponibilità del principio attivo al fine di ottimizzare l’attività terapeutico-clinica del principio attivo. La bio-farmaceutica è quindi fortemente correlata alla bio-disponibilità, perché permette di modificare la bio-disponibilità del farmaco in modo tale da ottimizzarne l’attività terapeutica e da migliorarne l’efficacia, che è spesso influenzata dall’assorbimento, a sua volta influenzato dalla liberazione del principio attivo e quindi dalla forma farmaceutica e dalle caratteristiche del processo produttivo.

Facciamo l’approssimazione di riferire la bio-disponibilità ad un sito facilmente accessibile come il sangue; la bio-disponibilità è la quantità e la velocità con cui una sostanza o la sua forma attiva è rilasciata da un forma farmaceutica nella circolazione sistemica. Quindi in questa definizione sono presenti due aspetti, uno di tipo quantitativo e uno di tipo cinetico, che sono di fondamentale importanza; infatti se si somministra un principio attivo in una via diversa da quella endovenosa, il profilo concentrazione plasmatica - tempo ha una forma particolare, rappresentata da una prima fase in cui prevalgono gli aspetti di liberazione e riferimento fino al raggiungimento di Cmax e una seconda fase in cui prevalgono metabolismo, distribuzione ed eliminazione. La Cmax raggiunta nel tmax deve essere compressa nell’intervallo terapeutico, mentre l’AUC rappresenta l’area sotto la curva e quindi tutta la quantità di farmaco passata nella circolazione sistemica.

Cmax, tmax e AUC e quindi la bio-disponibilità possono essere variati in funzione di tanti aspetti diversi:

• Caratteristiche intrinseche del principio attivo
• Vie di somministrazione
• Formulazione del medicinale
• Stato fisiopatologico del paziente

Ad esempio, se indichiamo le vie parenterali si intendono principalmente la via endovenosa, la via sottocutanea e la via intra-muscolare. Nel momento in cui il principio attivo viene iniettato nella sottocute, si forma un deposito, da cui il principio attivo viene drenato e raggiunge il circolo sistemico. A seconda del peso molecolare, cambia il percorso che il principio attivo può fare, infatti le piccole molecole possono raggiungere i capillari, diffondendo tramite la matrice extra-cellulare, ed essere qui assorbite, nel caso invece di molecole con peso molecolare superiore a 16 kDa, la via preferenziale che viene seguita è quella del circolo linfatico, quindi cambia la velocità con cui la molecola può raggiungere la circolazione sistemica. Quindi le caratteristiche chimico-fisiche influenzano molto la biodisponibilità di un farmaco.

Un altro aspetto che influenza la biodisponibilità è la capacità della molecola stessa di permeare le membrane. Ad esempio la pelle non dovrebbe favorire il passaggio delle molecole, ma ci sono alcune sostanze sono in grado di passare; la capacità di una molecola di essere assorbita dipende essenzialmente dalla sua LogP cioè dal rapporto della sua concentrazione tra ambiente acquoso e ambiente oleoso. A seconda delle capacità di essere assorbita e a seconda della velocità con cui questo avviene, cambia la biodisponibilità della molecola stessa:

• Il principio attivo può essere assorbito completamente e velocemente (A)
• Il principio attivo può essere assorbito più lentamente ma comunque completamente (B)
• Il principio attivo può essere assorbito lentamente e incompletamente (C)

Certe caratteristiche dei principi attivi possono però essere modificate, permettendo ad esempio l’ottenimento di prodrugs esterificati. La bio-disponibilità è influenzata anche dalla via di somministrazione. Ad esempio nella via endovenosa, il principio attivo entra completamente in tutta la dose nel circolo sanguigno, quindi si raggiunge immediatamente la Cmax; per quanto riguarda le altre vie, il farmaco deve essere liberato e poi assorbito, spesso in una particolare regione dell’organismo; ad esempio molti farmaci che prevedono una somministrazione per via orale possono essere assorbiti solo in una determinata zona dell’intestino, quindi bisogna progettare il farmaco in modo che possa essere potenziato il transito in quella stessa zona. Ogni via di assorbimento ha le proprie caratteristiche.

Somministrazione per via orale

La via di somministrazione orale è generalmente quella preferita da parte dei pazienti, perché è la più agevole e la meno invasiva, inoltre permette di somministrare dosi abbastanza elevate con una singola unità di dosaggio. Ma il farmaco passa poi attraverso ambienti con pH molto diversi e che presentano enzimi che possono influenzare l’attività e la stabilità del principio attivo; questo è uno svantaggio se la molecola è particolarmente sensibile. La via orale è fortemente dipendente anche dalle caratteristiche organolettiche delle molecole e quindi possono insorgere problemi di accettabilità, dati ad esempio dal gusto o dall’odore. Inoltre, alcuni farmaci potrebbero irritare il tratto gastro-intestinale (FANS) o possono avere problemi di assorbimento, nel caso in cui sia presente una particolare finestra di assorbimento; l’assorbimento cambia anche in funzione delle condizioni fisiologiche, a seconda dell’assunzione con/senza acqua e a seconda della tipologia di pasto eventualmente consumato.

Le forme farmaceutiche che possono essere somministrate per via orale:

• Compresse e capsule che possono avere un contenuto solido o liquido (capsule molli) e polveri. Compresse e capsule devono potersi disgregare e liberare in particelle più fine, poi passano in soluzione e vengono assorbite. L’aspetto più critico è la disgregazione e la dissoluzione che influiscono sulla bio-disponibilità.
• Sospensioni e soluzioni. Sospensioni e soluzioni non necessitano di disgregazione e di dissoluzione, quindi in questo caso l’assorbimento è l’unico aspetto che influisce molto sulla bio-disponibilità. In questo caso la curva concentrazione-tempo è più spostata verso sinistra; stessa cosa vale per le capsule molli, dove il principio attivo si trova già in soluzione.

Lezione 2: Biofarmaceutica

Somministrazione per via parenterale

La via orale è in generale quella più utilizzata, per la migliore compliance del paziente e anche perché è più economica da un punto di vista della produzione. In realtà per i peptidi e proteine, la via parenterale, intesa come endovenosa, sottocutanea e intramuscolare, rappresenta quella migliore, perché evita il passaggio attraverso il tratto GI, quindi tutti i principi attivi che potrebbero subire processi di degradazione enzimi e pH dipendenti, bypassano questi problemi, inoltre si risolvono problemi come l’assorbimento variabile (dovuto ad esempio al fatto che il farmaco venga assunto a stomaco pieno o vuoto). Evitando il passaggio attraverso il tratto GI, si ha una via che limita gli effetti collaterali dati da farmaci eventualmente irritanti per le mucose.

Chi ha problemi alla tiroide assume una terapia sostitutiva per via orale a base di EUTIROX; la somministrazione deve avvenire almeno mezzora prima di colazione a stomaco completamente vuoto. Nel caso che ci siano problemi di assorbimento, esiste una forma liquida per evitare problemi dovuti alla disgregazione, e chi ha problemi di assorbimento gravi deve evitare di consumare pasti ricchi in fibre la sera prima della somministrazione.

La via di somministrazione parenterale è quella utilizzata in caso di emergenza generalmente; inoltre permette anche di avere un alto margine di sicurezza sull’effetto; è utile nei pazienti non cooperativi, per quanto riguarda la somministrazione nei casi di nausea e di interventi chirurgici sul tratto GI. Lo svantaggio è che si ha difficoltà o impossibilità di correggere errori di somministrazione o di dosaggio, soprattutto per via endovenosa; inoltre gioca un ruolo importante la dolorosità e quindi la scarsa accettabilità e la sterilità quindi i costi maggiori di produzione.

Per via parenterale possono essere somministrate forme farmaceutiche diverse, come:

• Preparati iniettabili, come soluzioni, sospensioni ed emulsioni; la soluzione è un sistema liquido in cui un soluto è disciolto in un solvente, non si riconoscono le due fasi quindi è trasparente; una sospensione è un sistema bifasico in cui un soluto è sospeso in un opportuno veicolo acquoso, quindi si osservano delle particelle sospese in acqua; un’emulsione è costituita da due liquidi immiscibili tra di loro, in cui si possono distinguere due fasi a seconda dei rapporti tra le due.
• Preparati iniettabili sotto forma di concentrati che vengono diluiti al momento dell’uso; ad esempio la maggior parte dei mab sono venduti come concentrati e poi diluiti sulla base del peso e dell’area superficiale del paziente.
• Infusioni, cioè preparati parenterali di grandi volumi solitamente iniettati per via endovenosa, con infusione lenta; comprendono la soluzione acquosa e le emulsioni olio/acqua cioè si comporta similmente all’acqua (nell’emulsione ci sono due fasi immiscibili di olio e acqua e a seconda dei rapporti uno costituisce la fase dispersa e l’altra quella disperdente; il componente minoritario forma le gocce nel componente maggioritario; emulsione olio in acqua indica che la fase dispersa è oleosa, mentre quella disperdente è acquosa).