Riso. 3.1 Processo per lo sviluppo e la valutazione di un farmaco per l'introduzione nel mercato statunitense.
Tra il momento in cui si crea un nuovo farmaco e quello in cui viene dimostrato efficacia clinica e un'adeguata sicurezza, si possono distinguere diverse fasi (Fig. 3.1). Fase di sviluppo iniziale di solito consiste nell'identificare un bersaglio terapeutico (malattia o condizione) o una molecola bersaglio, come un recettore, un enzima, ecc., e quindi scoprire il composto chimico sottostante, cioè sostanze con effetto caratteristico necessario per un nuovo farmaco. Nei moderni programmi di sviluppo dei farmaci, è più comune identificare una molecola bersaglio che costituisce il collegamento chiave processo patologico, e viene effettuata una ricerca sui composti sintetici e naturali che agiscono su questa molecola. In futuro si stanno compiendo sforzi per sviluppare composti più adatti. La preparazione di tali composti è un processo multiplo che prevede la sintesi di derivati chimici simili del composto principale. Quando si sviluppano nuovi analoghi, viene utilizzata l'analisi della relazione struttura-attività (SAR o QSAR se quantitativa) per ottenere la potenza richiesta.
Descrizione per la fig. 3.1 Il processo di sviluppo e valutazione di un farmaco per l’introduzione nel mercato statunitense. Alcuni requisiti per i farmaci utilizzati per trattare malattie potenzialmente letali possono variare
Alcuni analoghi dei farmaci sono oggetto di studi farmacologici e tossicologici su larga scala per determinare le caratteristiche dei farmaci che possono essere approvati per l'uso. test clinici con la partecipazione dei pazienti. Dopo una serie di osservazioni cliniche, i dati ottenuti vengono sottoposti all'autorità regolatoria per ottenere l'autorizzazione alla commercializzazione del nuovo farmaco. Successivamente, utilizzando vari metodi raccogliere i risultati dell’uso clinico del farmaco. Questo processo è chiamato sorveglianza post-marketing (vedi Processo decisionale farmacoterapeutico), che è regolato in modo meno rigido rispetto alle procedure richieste prima dell'approvazione.
Gli esperimenti sugli animali forniscono la base per le osservazioni cliniche
Informazioni su effetti farmacologici i farmaci in vitro e in vivo vengono utilizzati per conclusioni preliminari al riguardo valore terapeutico. Questi dati sono necessari per giustificare gli studi sugli esseri umani, poiché senza di essi non ci sarebbe alcuna base per valutare i benefici attesi e i rischi accettabili effetti indesiderati. La ricerca preclinica si riferisce agli esperimenti in vitro e sugli animali utilizzati per determinare l'effetto di un farmaco a livello di una molecola, cellula, tessuto o organo specifico, valutazione proprietà farmacologiche ed esplorare il potenziale effetti terapeutici in modelli animali di malattie umane. Gli studi sugli animali aiutano anche a studiare il metabolismo e la distribuzione di un farmaco nell’organismo e a sviluppare indicazioni chiave. Gli studi clinici non possono continuare finché non viene dimostrata la sicurezza del farmaco. Per valutare la possibile tossicità di un nuovo farmaco, sono necessari i seguenti studi sugli animali:
- studi tossicologici in vitro per valutare la tossicità genetica e biochimica;
- valutazione della tossicità acuta con studio sistemi fisiologici(cardiovascolare, nervoso centrale, tratto gastrointestinale), pelle e mucose (irritazione acuta ed eccitazione);
- valutazione della tossicità subacuta e cronica;
- valutazione della cancerogenicità;
- valutazione della tossicità riproduttiva;
- valutazione della tossicità genetica.
Gli studi sulla tossicità acuta valutano gli effetti che si verificano diverse ore o giorni dopo una singola dose. Gli studi sulla tossicità cronica esaminano gli effetti dopo dosi ripetute per diverse settimane o mesi.
Tuttavia, l’affidabilità dei dati sugli animali per prevedere i risultati clinici dipende dal livello di rilevanza clinica del modello. Ad esempio, un modello di polmonite causata da Staphylococcus aureus, ben prevedibile. L'infezione del corpo è la stessa sia negli esseri umani che negli animali. La risposta immunologica contro i batteri e la patologia polmonare è molto simile negli animali e nell’uomo. Al contrario, i modelli animali di altre malattie imitano solo indirettamente le malattie umane e sono meno prevedibili. Tipicamente, la capacità di sviluppare un modello animale è legata alla comprensione della fisiopatologia malattia specifica. Nell'esempio fornito causa immediata la polmonite è ben nota, mentre l’esatta eziologia di molte malattie non è determinata.
Lo studio di una medicina in una clinica consiste in diverse fasi
Gli studi clinici iniziano dopo la raccolta quantità sufficiente dati provenienti da studi sugli animali per supportare la valutazione di un nuovo farmaco in clinica e ottenere la necessaria approvazione normativa. Le fasi di sviluppo del farmaco sono denominate fase I, fase II e fase III. La Fase IV è la fase della sorveglianza post-marketing e di altri studi clinici post-marketing (vedere Figura 3.1).
La Fase I comprende i primi studi clinici sugli esseri umani. Questi studi sono condotti sotto una supervisione molto rigorosa, sono solitamente in aperto o in singolo cieco (Tabella 3.2) e determinano la dose più bassa accettabile per la tossicità. Ulteriori studi vengono condotti con dosi più basse. In genere, tali studi coinvolgono i giovani. uomini sani. In futuro, verranno sostituiti da un gruppo di pazienti. Anche durante questa fase vengono ottenuti i dati farmacocinetici primari.
La Fase II inizia una volta determinato l'intervallo di dose tollerabile ed è considerata una prova di concetto. Questa fase avviene con la partecipazione dei pazienti nei quali il nuovo medicinale dovrebbe mostrare il suo potenziale effetto. L’obiettivo principale è ottenere prove dell’efficacia di un nuovo farmaco, ad es. ha effetti ottenuti negli studi preclinici. A volte l’endpoint degli studi clinici di fase II è la terapia stessa; in altri casi vengono utilizzati endpoint surrogati dello studio. L'endpoint surrogato predice o si presume che preveda l'endpoint vero. Ad esempio, uno studio su un farmaco nell’insufficienza cardiaca può avere come obiettivo reale un aumento della capacità di esercizio o della sopravvivenza. Un endpoint surrogato per lo stesso farmaco potrebbe essere una diminuzione della resistenza vascolare periferica e un miglioramento della gittata cardiaca. Per un farmaco in grado di prevenire la formazione di trombi durante l'angioplastica, l'endpoint surrogato potrebbe essere l'inibizione dell'aggregazione piastrinica e il vero endpoint potrebbe essere la riduzione della restenosi.
Un endpoint surrogato è particolarmente utile quando è strettamente correlato all'endpoint vero. Ad esempio, un endpoint surrogato è una riduzione pressione sanguigna. L'obiettivo del trattamento dell'ipertensione è ridurre le reazioni cardiovascolari avverse nel corpo e insufficienza renale come conseguenza dell'ipertensione. Pertanto, la riduzione della pressione arteriosa è un endpoint surrogato per ridurre gli effetti dell’ipertensione.
Altri obiettivi della fase II sono determinare la farmacocinetica del farmaco e la relazione tra effetto e concentrazione plasmatica del farmaco, se possibile. Sono inoltre allo studio l'effetto delle malattie epatiche e renali sull'escrezione dei farmaci dall'organismo, le interazioni farmacocinetiche e farmacodinamiche del nuovo farmaco con altri farmaci con cui possono essere prescritti insieme.
Gli studi di Fase II possono essere in singolo o doppio cieco, paralleli o crossover, utilizzando campioni casuali di pazienti. In popolazioni etnicamente diverse, come gli Stati Uniti, gli studi di farmacocinetica talvolta esaminano i modelli di metabolismo dei farmaci in diversi gruppi etnici. L'omogeneità etnica è una media approssimativa della classificazione genetica. Forse in futuro, un approccio più accurato per valutare le vie metaboliche e gli esiti clinici sarà quello di classificare i pazienti in base alla loro predisposizione genetica a metabolizzare i farmaci. Allora sarà possibile prevedere per quale genotipo il farmaco sarà più benefico e per quale sarà tossico. Questa branca della farmacologia è chiamata farmacogenetica.
La Fase III stabilisce l'efficacia e la sicurezza del nuovo farmaco. Se possibile, vengono eseguiti studi controllati, randomizzati, in doppio cieco, sempre paralleli. Il disegno e la dimensione di tutte le osservazioni cliniche, in particolare della fase III, si basano su passaggi statistici, come la randomizzazione delle procedure, per fornire una conclusione forte alla fine dello studio. Inoltre, gli studi di fase III basati sulla popolazione dovrebbero mediare la popolazione target per la quale di questo medicinale. Lo studio deve includere pazienti con varie manifestazioni la malattia oggetto di studio. La distribuzione per gruppo etnico e sesso dovrebbe riflettere quella della popolazione. Massima attenzione studiare i bambini, tranne quando ciò non è pratico, ad esempio quando si studiano farmaci per curare malattie degli anziani come il morbo di Alzheimer.
Lo sviluppo di farmaci è un processo lungo
- Il tempo che intercorre tra la presentazione della domanda di registrazione e la sua ricezione varia da 6 mesi a diversi anni, più spesso 1-2 anni
- Il processo di sviluppo del farmaco prima della registrazione richiede solitamente 6-10 anni
Tabella 3.2 Studi clinici, terminologia
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Termine |
Definizione |
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Gruppo di controllo |
Terapia standard (o placebo in assenza di standard) con cui viene confrontata l'efficacia di un nuovo farmaco |
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Studio randomizzato |
I pazienti che partecipano allo studio hanno la stessa opportunità di essere inclusi nel gruppo sperimentale o di controllo e i fattori che possono influenzare i risultati sono equamente distribuiti tra i due gruppi |
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Studio in doppio cieco |
Né il medico né il paziente sanno se il paziente sta ricevendo il farmaco sperimentale o quello di controllo, il che aiuta a evitare la soggettività |
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Studio in singolo cieco |
Il medico sa quale farmaco è stato prescritto a questo paziente, ma il paziente non lo sa |
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Studio aperto |
Il contrario del doppio cieco: sia il medico che il paziente sanno quale farmaco (sperimentale o controllo) viene prescritto e in quale dose |
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Studi paralleli |
Vengono valutati almeno due regimi contemporaneamente, ma il paziente viene assegnato a un solo tipo di terapia |
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Studi trasversali |
I pazienti ricevono ciascun trattamento in sequenza e quindi agiscono come il proprio gruppo di controllo. Ad esempio, se si valuta il trattamento A rispetto al trattamento B, allora alcuni pazienti ricevono prima A e poi B, mentre altri, al contrario, ricevono prima B e poi A. Ecco come vengono valutati gli effetti terapia farmacologica, non l'ordine delle nomine |
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Punto finale |
Misurato per valutare l'effetto del farmaco (p. es., la normalizzazione della pressione arteriosa è un endpoint per la valutazione degli agenti antipertensivi, la riduzione del dolore è un endpoint per la valutazione degli analgesici) |
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Endpoint surrogato |
Un risultato del trattamento che prevede il vero obiettivo della terapia senza essere tale obiettivo (p. es., la riduzione delle dimensioni del tumore come surrogato della sopravvivenza) |
Modi per creare nuovi farmaci I. Sintesi chimica dei farmaci, sintesi diretta; percorso empirico. II. Ottenimento di farmaci da materie prime medicinali e isolamento di singole sostanze: di origine animale; di origine vegetale; dai minerali. III. Selezione sostanze medicinali, che sono prodotti dell'attività vitale di microrganismi e funghi. Biotecnologia.
Sintesi chimica dei farmaci sintesi diretta Riproduzione dei nutrienti Adrenalina, norepinefrina, γ -acido amminobutirrico, ormoni, prostaglandine e altri composti fisiologicamente attivi. Creazione di antimetaboliti Sintesi di analoghi strutturali di metaboliti naturali con effetti opposti. Ad esempio, gli agenti antibatterici sulfamidici hanno una struttura simile all'acido para-aminobenzoico, necessario per la vita dei microrganismi, e sono i suoi antimetaboliti:
Sintesi chimica di farmaci sintesi diretta Modificazione chimica di composti ad attività nota il compito principale- creazione di nuovi farmaci che reggano favorevolmente con quelli già conosciuti (più attivi, meno tossici). 1. Sulla base dell'idrocortisone prodotto dalla corteccia surrenale, sono stati sintetizzati molti glucocorticoidi molto più attivi, che hanno un effetto minore sul metabolismo del sale marino. 2. Sono note centinaia di sulfonamidi sintetizzate, di cui solo poche vengono introdotte pratica medica. Lo studio di una serie di composti è finalizzato a chiarire la relazione tra la loro struttura, le proprietà fisico-chimiche e l'attività biologica. La creazione di tali modelli consente una sintesi più mirata di nuovi farmaci. Allo stesso tempo diventa chiaro quali gruppi chimici e caratteristiche strutturali determinano gli effetti principali delle sostanze.
Modificazione chimica di composti con attività nota: modificazione di sostanze di origine vegetale Tubocurarina (veleno di curaro) e suoi analoghi sintetici Rilassa i muscoli scheletrici. Ciò che conta è la distanza tra due centri cationici (N+ - N+).
Sintesi chimica dei farmaci sintesi diretta Studio della struttura del substrato con cui interagisce il farmaco. La base non è la sostanza biologicamente attiva, ma il substrato con cui interagisce: recettore, enzima, acido nucleico. L'implementazione di questo approccio si basa sui dati sulla struttura tridimensionale delle macromolecole che sono i bersagli del farmaco. Approccio moderno, utilizzando la modellazione computerizzata; Analisi di diffrazione di raggi X; spettroscopia basata sulla risonanza magnetica nucleare; metodi statistici; Ingegneria genetica.
Sintesi chimica dei farmaci; sintesi diretta. Sintesi basata sullo studio delle trasformazioni chimiche di una sostanza nel corpo. Profarmaci. 1. Complessi "sostanza trasportatrice - sostanza attiva" Forniscono un trasporto diretto alle cellule bersaglio e selettività d'azione. Il principio attivo viene rilasciato nel sito d'azione sotto l'influenza di enzimi. La funzione dei trasportatori può essere svolta da proteine, peptidi e altre molecole. I trasportatori possono facilitare il passaggio delle barriere biologiche: l'ampicillina è scarsamente assorbita nell'intestino (~ 40%). Il profarmaco bacampicillina è inattivo ma viene assorbito al 9899%. Nel siero, sotto l'influenza delle esterasi, l'ampicillina attiva viene scissa.
Sintesi chimica dei farmaci; sintesi diretta. Sintesi basata sullo studio delle trasformazioni chimiche di una sostanza nel corpo. Profarmaci. 2. Bioprecursori Sono sostanze chimiche individuali che sono inattive di per sé. Nel corpo si formano altre sostanze da essi - metaboliti, che mostrano attività biologica: prontosil - L-DOPA sulfonamide - dopamina
Sintesi chimica dei farmaci; sintesi diretta. Sintesi basata sullo studio delle trasformazioni chimiche di una sostanza nel corpo. Agenti che influenzano la biotrasformazione. Basato sulla conoscenza dei processi enzimatici che assicurano il metabolismo delle sostanze, consente la creazione di farmaci che modificano l'attività degli enzimi. Gli inibitori dell'acetilcolinesterasi (prozerina) potenziano e prolungano l'azione del mediatore naturale acetilcolina. Induttori della sintesi di enzimi coinvolti nei processi di detossificazione composti chimici(fenobarbital).
Sintesi chimica dei farmaci in modo empirico Risultati casuali. La diminuzione dei livelli di zucchero nel sangue riscontrata con l'uso dei sulfamidici ha portato alla creazione di loro derivati con spiccate proprietà ipoglicemizzanti (butamide). Sono ampiamente utilizzati in diabete mellito. L'effetto del teturam (antabuse), utilizzato nella produzione della gomma, è stato scoperto casualmente. Utilizzato nel trattamento dell'alcolismo. Selezione. Controllo dei composti chimici per tutti i tipi attività biologica. Un modo laborioso e inefficace. Tuttavia, ciò è inevitabile quando si studia una nuova classe di sostanze chimiche le cui proprietà sono difficili da prevedere in base alla loro struttura.
Preparati e singole sostanze provenienti da materie prime medicinali Vengono utilizzati vari estratti, tinture e preparati più o meno purificati. Ad esempio, il laudano è una tintura di oppio grezzo.
Preparati e singole sostanze da materie prime medicinali Sostanze singole: Digossina - glicoside cardiaco dalla digitale Atropina - M-anticolinergico dalla belladonna (belladonna) Acido salicilico- sostanza antinfiammatoria dal salice Colchicina - un alcaloide del colchico, utilizzato nel trattamento della gotta.
Fasi della creazione dei medicinali Ottenimento del farmaco Sperimentazione sugli animali Sorgenti naturali Efficacia Selettività Meccanismi d'azione Metabolismo Valutazione della sicurezza ~ 2 anni Sostanza farmacologica (composto attivo) Sintesi chimica ~ 2 anni Sperimentazioni cliniche Fase 1 il farmaco è sicuro? Fase 2: il medicinale è efficace? Fase 3: il farmaco è efficace in condizioni di doppio cieco? Valutazione della sicurezza del metabolismo ~ 4 anni Commercializzazione INTRODUZIONE DEI MEDICINALI 1 anno Sorveglianza post-marketing di fase 4 Aspetto della genetica 17 anni dopo l'approvazione per l'uso Scadenza del brevetto
Il percorso dall'ottenimento di un singolo composto chimico all'introduzione del farmaco nella pratica medica richiede un lungo periodo di tempo e comprende le seguenti fasi:
1) fine organico, bioorganico o microbiologico
sintesi, identificazione e isolamento di composti. Screening (selezione di BAS) in vitro;
2) creazione di un modello della forma di dosaggio;
3) test dell'attività biologica negli animali (in vivo);
4) trovare il metodo di sintesi ottimale, testando l'attività biologica;
5) sviluppo di una forma di dosaggio;
6) studio di tossicità acuta e cronica, mutagenicità, teratotossicità, pirogenicità;
7) studio di farmacocinetica e farmacodinamica (inclusa la sintesi di un farmaco marcato con isotopi 3 H e 14 C);
8) elaborazione dei regolamenti di produzione del laboratorio;
9) sperimentazioni cliniche;
10) sviluppo di regolamenti industriali pilota, regolamenti di produzione, VFS, approvazione VFS;
11) autorizzazione del comitato farmaceutico, ordine del Ministero della Salute della Federazione Russa per l'uso del farmaco. Preparazione della documentazione per la produzione.
costo totale lo sviluppo di un nuovo farmaco raggiunge i 400 milioni di dollari USA.
Per ridurre i costi di sviluppo dei farmaci vengono utilizzati i progressi della biologia molecolare: sintesi mirata. Un esempio di tale sintesi è la creazione di antagonisti dei metaboliti del metabolismo degli acidi nucleici: 5-fluorouracile, 6-mercaptopurina, fludarabina. Un altro esempio è il farmaco antitumorale melfalan (racemato - sarcolisina).
All'inizio dello sviluppo dei farmaci antitumorali, veniva utilizzato l'embiquin: N- metile- N- bis(b-cloroetil)ammina.
Il trattamento con questo farmaco è chiaramente descritto da A.I. Solzhenitsyn nel romanzo “Cancer Ward”. Il farmaco è altamente tossico, la percentuale di pazienti curati era piccola (A.I. Solzhenitsyn è stata fortunata). Accademico dell'Accademia delle Scienze Mediche L.F. Larionov propose di introdurre un gruppo azotiprite nel metabolita fenilalanina. Ecco come è stata sintetizzata la sarcolisina, dando buoni risultati nel trattamento del cancro ai testicoli. Attualmente non viene utilizzato il racemo, ma un farmaco otticamente individuale, il melfalan. Un brillante esempio di sintesi mirata è il farmaco captopril, un inibitore della conversione dell'agiotensina I inattiva in agiotensina II attiva. L'agiotensina I è un decapeptide e l'agiotensina II è un octapeptide. La carbossipeptidasi A scinde successivamente la leucina e l'istidina dal carbossiterminale del peptide, ma non può funzionare se l'amminoacido precedente è la prolina.
Conoscenza meccanismo sottile il lavoro dell'enzima ha permesso di sintetizzare il suo inibitore. L'angiotensina II ha un'attività biologica pronunciata: provoca la costrizione delle arteriole, l'effetto pressorio è 40 volte maggiore dell'effetto della norepinefrina. Il captopril inibisce la carbossipeptidasi ed è usato per trattare l'ipertensione. Lo stesso principio è stato utilizzato nella sintesi del farmaco enalapril. I farmaci considerati - metotrexato, azometonio bromuro, atenololo e fenilefrina - sono stati ottenuti a seguito di sintesi mirate.
Un'altra direzione della ricerca di sostanze biologicamente attive è screening di massa – testare l’attività biologica dei composti di nuova sintesi. Enzimi e recettori hanno “tasche” nella loro struttura spaziale, che contengono metaboliti o mediatori. Sia i gruppi polari che quelli idrofobici prendono parte all'interazione del metabolita con l'enzima. Pertanto, quando si selezionano nuovi composti per lo studio dell'attività biologica, è necessario avere una combinazione di gruppi polari e idrofobici nella molecola. Come parte idrofobica - Alk, Alk(F) n, nonché composti ciclici. Ma gli eterocicli, oltre alla parte idrofobica, hanno già una carica. Vengono utilizzati i seguenti gruppi polari: OH; O-Alk, OAc, NH2; NHAlk, N(Alk) 2, NHAc, SO 2 NHR, COOH, C=O, COOR, CONR 1 R 2, NO 2, SH, idrofobo polare – Cl, Br, J, F. Questi gruppi introdotti in una molecola idrofoba , spesso conferiscono attività biologica a un composto e sono chiamati gruppi farmacofori.
L'introduzione di gruppi farmacoforici non dovrebbe essere indiscriminata. È auspicabile che le regioni idrofobiche e i gruppi polari si trovino ad una certa distanza. In questo modo, possono modellare un metabolita o un farmaco naturale. Questo principio di somiglianza è stato stabilito nella sintesi dei farmaci anestetici locali: anestesia e novocaina. Un prodotto naturale con potente effetto anestetico, è cocaina. Tuttavia, l’uso del farmaco è tutt’altro che sicuro. IN in questo caso ha portato alla modellazione della struttura di un prodotto naturale risultati positivi. Le strutture dei collegamenti sono mostrate nello schema:
La ricerca di tali farmaci è durata circa vent'anni.
Negli anni '80. XX secolo la selezione del BAS è stata effettuata su animali, mentre al chimico di sintesi è stato richiesto di produrre decine di grammi del composto per i test iniziali. Le statistiche mostrano che durante la sintesi “cieca” è possibile trovare un nuovo BAS tra 100.000 sostanze appena sintetizzate. Per ridurre i costi, lo screening ha iniziato a essere effettuato su organi isolati e poi su cellule. Inoltre, la quantità di sostanza prodotta è stata ridotta a centinaia di milligrammi. E, naturalmente, il numero delle sostanze studiate è aumentato. Attualmente si sta studiando l'attività antitumorale e antivirale di nuovi composti nelle cellule. Le cellule vive e quelle uccise hanno colori diversi quando colorate. Si trovano le cellule più morte del ceppo umano tumore maligno sotto l'influenza della sostanza in esame, tanto più è attiva.Presso il Cancer Institute del National Institutes of Health degli Stati Uniti vengono eseguiti test su 55 ceppi di tumori umani adattati alla crescita in vitro. Quando si studia l'attività antivirale, le cellule infettate da un virus vengono aggiunte a una soluzione del farmaco. Vengono contate le cellule vive.
Nello studio dell'attività dei composti di nuova sintesi si è verificata una vera rivoluzione grazie ai successi della biotecnologia. La disponibilità di biomacromolecole (enzimi, proteine recettoriali, RNA, ecc.) poste su un supporto solido permette di determinarne l'inibizione o la stimolazione sotto l'influenza di una nuova sostanza misurando la bioluminescenza. Bayer attualmente testa 20.000 nuovi composti all'anno in vitro. Allo stesso tempo, aumenta in modo significativo il ruolo dei chimici di sintesi, che devono garantire la produzione massiccia di nuovi composti e elementi costitutivi. Nacque la cosiddetta chimica combinatoria (i principi della chimica combinatoria sono discussi in una sezione separata). La base per la scelta di tale sintesi è l'analisi computerizzata dei database, inclusa la presenza di gruppi farmacoforici in determinate posizioni delle molecole. Per creare una “biblioteca” di nuovi composti utilizzando metodi di chimica combinatoria, è necessario conoscere i modelli di occorrenza di reazioni chimiche. Questo è uno degli obiettivi di questo corso.
Un'altra direzione nella ricerca di sostanze biologicamente attive è la modifica di composti medicinali già noti. Lo scopo di modificare la struttura di un farmaco è ridurre gli effetti collaterali del farmaco, nonché aumentarne l'attività - aumentare l'indice terapeutico I t. Lo studio della relazione quantitativa struttura-attività gioca un certo ruolo. Un esempio è l'uso del metodo Hench, che si basa sulla determinazione o sul calcolo della lipofilicità di un composto utilizzando uno schema additivo. Come misura della lipofilicità viene utilizzato il coefficiente di distribuzione (P) di una sostanza nel sistema ottanolo-acqua. IN vista generale L'equazione di Hanche può essere rappresentata dalla seguente espressione
log 1/c = a 0 + a 1 logP – a 2 (logP) 2 + a 3 s + a 4 E s
dove c è qualsiasi valore sperimentale che caratterizza l'attività biologica; a i – costanti ottenute elaborando dati sperimentali; P è il coefficiente di distribuzione ottanolo - acqua (P = C ottanolo / C acqua, C è la concentrazione della sostanza in ciascuna fase), i parametri s, E s riflettono i parametri elettronici e sterici della molecola.
L'analisi dell'equazione mostra che log 1/c = f logP, cioè la curva passa per il massimo corrispondente alla sostanza con maggiore attività. L’equazione descrive approssimativamente due fasi dell’azione del farmaco:
1) trasporto sul luogo dell'azione;
2) interazione con una biomacromolecola.
A titolo di esempio possiamo dare un'equazione che lega P all'attività antitumorale delle nitrosoalchil uree:
lg1/c = - 0,061(lgP) 2 + 0,038lgP + 1,31
L'attività sedativa dei barbiturici studiata nei topi è correlata alla lipofilicità mediante la seguente equazione:
log1/c = 0,928 + 1,763 logP - 0,327(logP) 2
L'attività studiata nei conigli fornisce un rapporto leggermente diverso:
log1/c = 0,602 + 2,221 logP - 0,326(logP) 2
Sebbene i coefficienti di queste equazioni siano diversi, la tendenza generale rimane la stessa. L'equazione di Hanch ha avuto un ruolo nello sviluppo del moderno programmi per computer selezione di sostanze per studiarne l'attività biologica. A seguito dello screening sono stati rinvenuti i farmaci in questione, cimetidina e fentolamina. Lo studio del loro meccanismo d'azione ha portato alla scoperta dei recettori a-adrenergici e dei recettori H 2.
Quando si pianifica la sintesi di una serie di nuove sostanze, è consigliabile stabilire una certa ipotesi biologica molecolare, ad es. avvicinarsi alla sintesi mirata. Dopo aver accertato l'attività in vitro di un composto, è imperativo verificarne l'effetto in vivo. Nelle fasi successive, il futuro farmaco è soggetto ai seguenti requisiti:
1) alta efficienza effetto terapeutico;
2) valore massimo di I t, minimo effetto collaterale;
3) dopo il rendering effetto terapeutico il farmaco deve essere inattivato ed escreto dall'organismo;
4) il farmaco non dovrebbe causare malessere(gusto, odore, aspetto);
5) il farmaco deve essere stabile, la durata di conservazione minima del farmaco deve essere di almeno due anni.
Il requisito abituale per una droga sintetica, con poche eccezioni, è l'elevata purezza della sostanza. Di norma, il contenuto della sostanza principale nella sostanza dovrebbe essere almeno del 98-99%. La presenza di impurezze è regolamentata dalla monografia della Farmacopea. Quando si cambia il metodo di sintesi, è necessario verificare la bioequivalenza del farmaco con il farmaco utilizzato in precedenza.
1.2.2. Sviluppo di un piano di sintesi
Ogni farmaco può essere sintetizzato utilizzando diversi metodi alternativi vari tipi prodotti iniziali (materie prime). L'emergere di nuovi tipi di intermedi, reazioni e processi tecnologici può cambiare radicalmente il metodo per ottenere anche farmaci ben noti. Pertanto, è necessario sviluppare la pratica di elaborare un piano per la sintesi di sostanze biologicamente attive basato sulla conoscenza della teoria della trasmissione processi chimici sintesi organica, sue condizioni specifiche e caratteristiche di progettazione tecnologica.
Quando si sviluppa un piano di sintesi, esistono due approcci principali: sintetico e retrosintetico. Il primo presuppone approccio abituale: basato specie conosciute materie prime, delineare la sequenza delle reazioni. Il secondo metodo per sviluppare percorsi alternativi per la produzione di sostanze biologicamente attive è l'approccio retrosintetico alla pianificazione della sintesi. Innanzitutto, per padroneggiarlo, è necessario fornire la terminologia:
1. Questo segno è Þ trasformazione– un'operazione mentale di smembramento di una molecola durante l'analisi retrosintetica, opposta al segno della reazione.
2. Dopo che la molecola è stata divisa in parti, appaiono i frammenti carichi X + Y¯ - sintetizzatori.
3. Le particelle X + e Y¯ devono selezionare un composto chimico reale, che avrà le stesse cariche, oppure d +, d¯ - equivalenti sintetici. Un equivalente sintetico è un vero e proprio composto chimico che consente di introdurre un sintone in una molecola durante la sua costruzione.
4. BAS – composto bersaglio.
Inoltre, durante la trasformazione, è necessario disporre le cariche dei sintoni in modo che la carica negativa si trovi sull'atomo con elettronegatività maggiore, e la carica positiva su quello meno elettronegativo. Ad esempio, consideriamo l'analisi retrosintetica della molecola di paracetamolo.
Durante la trasformazione, le molecole vengono rotte Collegamento CN. La carica negativa rimane sul gruppo NH e la carica positiva sul gruppo acetile. Di conseguenza, gli equivalenti sintetici saranno P-amminofenolo e anidride acetica o acetil cloruro. Nel diagramma è mostrato un approccio sintetico per lo sviluppo di un piano di sintesi. Tecnico P-l'amminofenolo non è adatto alla produzione di paracetamolo, poiché contiene fino al 5% di prodotti di ossidazione e altre impurità e la purificazione non è economicamente sostenibile. Per sintetizzare il farmaco è necessario utilizzare un prodotto appena preparato. Può essere ottenuto tramite recupero P-nitrosofenolo o P-nitrofenolo. Mentre l'industria utilizza il recupero P-nitrofenolo (le ragioni sono discusse nella sezione “Reazioni di nitrosazione”).
Nel suo turno P-il nitrofenolo può essere sintetizzato mediante nitrazione del fenolo o idrolisi P-nitroclorobenzene. Nel caso della nitrazione del fenolo, sorgono difficoltà tecnologiche a causa del vigoroso verificarsi della reazione di nitrazione, accompagnato da una certa catramatura della massa di reazione. Inoltre, il consumo energetico per la separazione è elevato O- E P-isomeri . Pertanto, è più razionale ottenerlo P-nitrofenolo mediante idrolisi del nitroclorobenzene, che è un prodotto prodotto industrialmente. Anche questo semplice esempio mostra che l'analisi retrosintetica richiede una conoscenza approfondita delle reazioni organiche, del loro meccanismo, un'idea delle fonti delle materie prime e della loro disponibilità. Le possibilità di sviluppo della tecnologia di produzione sono determinate dalle condizioni per lo svolgimento delle reazioni, dalla progettazione strumentale dei processi, dalle questioni relative al massimo utilizzo delle materie prime, nonché dalle questioni economiche e ambientali.
Dopo aver elaborato piani alternativi per ottenere il farmaco, svilupparli metodo ottimale sintesi industriale (OMPS). Lo sviluppo di un OMPS richiede di tenere conto dei seguenti fattori:
1) importo minimo fasi. Ogni fase costa tempo e materie prime e aumenta la quantità di rifiuti. La sintesi dovrebbe essere la più breve possibile. Si consiglia di utilizzare reazioni eseguite in una fase o, secondo almeno, non richiedono l'isolamento dei prodotti intermedi;
2) output in ogni fase. Idealmente, il risultato dovrebbe essere quantitativo (in realtà è molto raro), ma almeno il massimo possibile. È auspicabile che l'isolamento del prodotto sia semplice ed accessibile;
3) chemoselettività della reazione. Da un punto di vista pratico è di eccezionale importanza effettuare la reazione in uno dei più centri di reazione del composto di partenza (regioselettività) oppure ottenere uno dei possibili stereoisomeri (stereoselettività). Tenere conto di questo requisito aiuta ad evitare un lavoro minuzioso sulla separazione degli isomeri e riduce la quantità di scarti di produzione;
4) condizioni di reazione. La trasformazione deve avvenire in condizioni facilmente realizzabili e non deve essere accompagnata dall'utilizzo o dal rilascio di sostanze facilmente infiammabili, esplosive o tossiche;
5) il processo non dovrà in nessun caso portare ad un disastro ambientale;
6) sottoprodotti il processo dovrebbe essere facilmente rimovibile e, idealmente, dovrebbe essere utilizzato o facilmente decontaminato.
IN condizioni reali La difficoltà produttiva risiede nel fatto che tenere conto di tutti questi fattori porta a risultati contraddittori e l'OMPS diventa ambiguo. Il tecnologo deve privilegiare quei metodi che garantiscono il massimo effetto economico, ma senza danneggiare l'ambiente.
1.3. base della materia prima
industria chimica e farmaceutica
I principali prodotti che si ottengono utilizzando sintesi fine, basica, petrolchimica, chimica del legno, coke e produzione microbiologica.
Per pianificare la sintesi di un farmaco specifico e la progettazione tecnologica dei processi, è necessario prima di tutto rivolgersi alla letteratura e scoprire lo stato dello sviluppo industriale nel nostro Paese e all'estero. Il secondo passo è valutare quelli esistenti o quelli appena sviluppati metodi alternativi ottenere il farmaco in termini di utilizzo di vari tipi di materie prime in ciascun metodo, costo e disponibilità. Ad esempio: nella sintesi di un farmaco è necessario utilizzarlo P-nitroclorobenzene. Viene prodotto presso lo stabilimento chimico di Berezniki, lo stabilimento chimico di Rubezhansky (Ucraina) e Merk (Germania). Il costo di 1 tonnellata di prodotto è lo stesso, ma i costi di trasporto sono molto diversi. Inoltre, è necessario valutare l'affidabilità del fornitore. Naturalmente, il modo più affidabile sarebbe produrlo nella propria fabbrica, ma il costo della produzione su larga scala è, ovviamente, inferiore a quello di una piccola fabbrica.
Le principali industrie che forniscono materie prime per la produzione industriale di farmaci di sintesi nell'industria chimico-farmaceutica (CPI):
1) lavorazione chimica carbone, petrolio, gas, legname;
2) separazione dei prodotti dalle materie prime di origine vegetale e animale;
3) sintesi microbiologica.
Diamo uno sguardo più da vicino a ciascuna delle fonti.
Costi per crearne di nuovi medicinali: da 5 a 15 anni q da 1 milione a 1 miliardo di dollari q 2
Le fasi principali della creazione di medicinali: n n n Creazione di una sostanza biologicamente attiva (estratto da tessuti vegetali o animali, sintesi biotecnologica o chimica, utilizzo di minerali naturali) Studi farmacologici (studi farmacodinamici, farmacocinetici e tossicologici) Esame di documenti su studi preclinici in Servizio federale per la vigilanza in ambito sanitario e sviluppo sociale(FGU “Centro Scientifico Perizia dei Mezzi uso medico") Sperimentazioni cliniche (fasi 1-4) Esame di documenti sulle sperimentazioni cliniche presso il Servizio federale per la sorveglianza dell'assistenza sanitaria e dello sviluppo sociale (FGU "Centro scientifico per la competenza sui medicinali") Ordine del Ministero della sanità e della Federazione Russa e inclusione nel registro statale dei medicinali Introduzione nella pratica medica (organizzazione della produzione e dell'uso nelle istituzioni mediche) 4
Identificazione di sostanze biologicamente attive (sostanze medicinali) A. Isolamento di farmaci da materie prime medicinali naturali. B. Sintesi chimica dei farmaci C. Metodi biotecnologici (ingegneria cellulare e genetica) 5
A. Isolamento di farmaci da materie prime medicinali naturali n n n piante da tessuti animali sorgenti minerali 6
B. Sintesi chimica dei farmaci: n Via empirica q q n Risultati casuali Screening Sintesi mirata q q q q Enantiomeri (transizione chirale) Peptidi antisenso Anticorpi antiidiopatici Nucleotidi antisenso Creazione di profarmaci Creazione di prodotti biologici Farmaci clonati (anche io) C. Metodi biotecnologici (cellulari e ingegneria genetica) 7
Metodi di ricerca mirata di sostanze biologicamente attive: q q Screening Screening ad alto rendimento § Basato sullo studio della dipendenza azione biologica sulla struttura chimica (creazione di un farmacoforo) § Basato sulla dipendenza dell'effetto biologico da proprietà fisiche e chimiche connessioni. § Metodi di regressione per studiare la relazione tra struttura chimica e attività biologica § Analisi di riconoscimento di pattern per prevedere l'attività biologica dei composti chimici (dalla molecola al descrittore) (chimica combinatoria). 8
q Screening virtuale § Confronto delle strutture con un database di sostanze biologicamente attive (programmi Flex, Catalyst, Pass, Microcosm, ecc.). § Modellazione chimica quantistica dell'interazione farmaco-recettore (costruzione di un modello 3D e docking). § Design del ligando orientato ai frammenti. § Progettazione combinatoria di ligandi. 9
Metodi per lo screening di sostanze biologicamente attive: n n n Su animali Su organi e tessuti isolati Su cellule isolate Su frammenti cellulari (membrane, recettori) Su molecole proteiche (enzimi) 10
Ricerca in un laboratorio farmacologico (standard GLP) n n n Su animali intatti Su animali con patologia sperimentale Studio del meccanismo d'azione Studio delle proprietà tossicologiche Aspetti quantitativi di farmacologia (ED 50, LD 50, IC 50, ecc.) 11
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Ricerca in laboratorio del ready-made forme di dosaggio n n Sviluppo di forme di dosaggio del farmaco. Sviluppo di forme farmaceutiche innovative ( lunga recitazione, somministrazione mirata, con particolari proprietà farmacocinetiche, ecc.). Studio della biodisponibilità della forma farmaceutica del farmaco. Sviluppo di una monografia farmacopea del farmaco e di una monografia farmacopea del farmaco standard. 13
Ricerca in laboratorio sulla farmacocinetica delle forme farmaceutiche n n n Sviluppo di metodi per la determinazione quantitativa del farmaco nei tessuti biologici. Determinazione dei principali parametri farmacocinetici del farmaco negli studi sperimentali e in clinica. Determinazione della correlazione tra parametri farmacocinetici e farmacologici del farmaco. 14
Esame bioetico della ricerca sui farmaci n n n Il controllo legale ed etico della ricerca preclinica si basa su standard internazionali. Condizioni di vita e di cibo. Umanità del trattamento. Condizioni per la macellazione degli animali (anestesia). Coordinamento del protocollo di ricerca con la commissione di bioetica. 15
Ricerca nel laboratorio di tossicologia dei farmaci. n n n n n Determinazione della tossicità acuta (LD 50, in due specie animali e diverse vie di somministrazione). Studio della capacità di cumulo (metodo farmacocinetico o tossicologico). Studio di tossicità subacuta o cronica (a tre dosi e vie di somministrazione a seconda dell'uso clinico). Determinazione dell'effetto sulle gonadi maschili e femminili (effetto gonadotropico). Individuazione degli effetti transplacentari (embriotossicità, teratogenicità, fetotossicità ed effetti nel periodo postnatale). Studio delle proprietà mutagene. Determinazione dell'allergenicità e dell'effetto irritante locale del farmaco. Determinazione dell'immunotropicità del farmaco. Studio delle proprietà cancerogene. 16
Requisiti per condurre studi clinici su nuovi farmaci n n n n Gruppo di controllo di pazienti. Randomizzazione dei pazienti in base ai gruppi di studio. Utilizzo di uno studio in doppio cieco e placebo. Criteri chiari per l'inclusione e l'esclusione dei pazienti dallo studio (per selezionare una popolazione omogenea di pazienti con gravità della patologia simile). Criteri chiari per l'effetto ottenuto. Quantificazione effetti. Confronto con il farmaco di riferimento. Rispetto dei principi etici (consenso informato). 17
Diritti dei pazienti che partecipano a studi clinici. n n n Ø Ø Volontà di partecipazione allo studio (consenso scritto) Consapevolezza del paziente sullo studio Assicurazione sanitaria obbligatoria per il paziente. Diritto di rifiutare la partecipazione allo studio. Non sono consentite sperimentazioni cliniche di nuovi farmaci su minori. Sono vietate le sperimentazioni cliniche di nuovi farmaci su: minori, senza genitori, donne incinte, detenuti militari, carcerati. 18
Fasi delle sperimentazioni cliniche dei farmaci. n n n n 1a fase. Condotto su volontari sani (dosi ottimali, farmacocinetica). 2a fase. Condotto il n grande gruppo pazienti (fino a 100 -200 pazienti). Studi randomizzati controllati con placebo. 3a fase. Studi randomizzati su un ampio gruppo di pazienti (fino a diverse migliaia) rispetto a farmaci conosciuti. 4a fase. Studi clinici post-registrazione. Randomizzazione, controllo. Studi farmacoepidemiologici e farmacoeconomici. 19
Controllo per conseguenze a lungo termine uso di farmaci. n n n Raccolta di informazioni sulle proprietà collaterali e tossiche. Conduzione di studi farmacoepidemiologici (studio delle proprietà farmacoterapeutiche e tossiche). Richiesta del produttore o di altre organizzazioni per rimuovere il farmaco dalla registrazione. 20
