ChimFarm_AntiAlzheimer.pdf

Chimica Farmaceutica MORBO DI ALZHEIMER AD: Alzheimer Disease  Chimica Farmaceutica Patologia Descrizione di una demenza senile non correlabile s...

Chimica Farmaceutica MORBO DI ALZHEIMER AD: Alzheimer Disease  Chimica Farmaceutica Patologia Descrizione di una demenza senile non correlabile semplicemente all’età Sintomi Perdita della memoria Disorientamento Confusione Allucinazioni Paranoia Agitazione Aggressività Ansia Depressione Insonnia 1906, Alois Alzheimer Alzheimer  Chimica Farmaceutica Patologia 10% dei soggetti con più di 65 anni che vivono in comunità 50% dei residenti negli ospizi Quarta causa di morte nei paesi industrializzati (malattie cardiovascolari, cancro, ictus) Demenza: diagnosi clinica. Diagnosi definitiva in sede autoptica Malattia progressiva Alzheimer  Chimica Farmaceutica Patologia Alzheimer lieve: ridotta capacità di svolgere computi occupazionali e sociali complessi. Dura generalmente un paio di anni Alzheimer moderato: interferenza con la vita indipendente in comunità (difficoltà a preparare bevande semplici come tea o caffè, incapacità a ricordare che anno è). Dura generalmente un po’ meno di due anni Alzheimer moderatamente grave: incapacità di vestirsi, lavarsi, a camminare da soli, comportamento disturbato. Dura generalmente un paio d’anni Alzheimer grave: incontinenza, urla, pianti, linguaggio limitato. Dura generalmente un anno e mezzo Alzheimer  Chimica Farmaceutica Patologia 1970 Descrizione del deficit colinergico nella malattia di Alzheimer (AD) 1980 Descrizione di beta amiloide e tau Descrizione del ruolo delle Descrizione delle alterazioni specie reattive dell’ossigeno glutamatergiche in AD 1990 nella neurodegenerazione Studio del ruolo di Dati epidemiologici sui FANS e Uso degli AChEIs beta amiloide e tau successivi trials nella terapia di AD 2000 Uso di antiossidanti nella terapia di AD Uso di Memantina nella terapia di AD Trials delle terapie Statine e farmaci anti-amiloide in AD antipertensivi Uso combinato di memantina ed AChEIs nella terapia di AD 2020 Alzheimer  Chimica Farmaceutica Patologia neurodegenerativa Neuropatologia: lesioni del tessuto neuronale con interruzione della trasmissione sinaptica Le regioni del cervello coinvolte nei processi di apprendimento e memoria risultano ridotte Alzheimer  Chimica Farmaceutica Hallmarks Placche cerebrali (cerebral plaques) Densi accumuli extracellulari di natura proteica (Ab, b-amiloide come principale componente) circondati da neuroni danneggiati Ammassi neurofibrillari (neurofibrillary tangles) Aggregati intracellulari costituiti prevalentemente da una forma iperfosforilata della proteina TAU Sono semplicemente “indicatori” o anche cause della patologia? Se cause, quale delle due è associata agli eventi iniziali della patologia? Alzheimer  Chimica Farmaceutica Strategie terapeutiche A) Trattamento dei sintomi Symptoms management therapies Unici farmaci in commercio; Intervento farmacologico finalizzato a ridurre i sintomi della patologia; Non arrestano il decorso della patologia B) Trattamento della causa (approccio eziologico) Disease modifying therapies Intervento farmacologico sulle cause della patologia Strategie terapeutiche sintomatiche Farmaci colinergici (inibitori acetilcolinesterasi) Antagonisti del recettore NMDA del glutamato Alzheimer  Chimica Farmaceutica Sistema colinergico Alzheimer  Chimica Farmaceutica Neurochimica dell’acetilcolina Biosintesi Nei neuroni colinergici ad opera della colinaacetiltranferasi ChAT Colina AcetilCoA Acetilcolina (ACh) Deposito Ach trasportata attivamente in vescicole di deposito Rilascio Per esocitosi regolata dal calcio Metabolismo Idrolizzata dalla acetilcolinesterasi (AChE) nello spazio presinaptico AcChE Acetilcolina (ACh) Colina Acetato Alzheimer  Chimica Farmaceutica Acetilcolinesterasi (AChE) Ruolo: terminazione dell’impulso nervoso nelle sinapsi colinergiche (svolge anche funzioni non colinergiche sia a livello centrale che periferico) Appartiene alla famiglia delle Colinesterasi (AChE, BuChE,..) Caratterizzata da una elevata specificità di substrato Reazione di idrolisi: modello Rapida idrolisi e ripristino dell’enzima Formazione dell’enzima acetilato Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori dell’acetilcolinesterasi (AChEIs) Aggressivi chimici per uso bellico Irreversibili Insetticidi Farmaci Reversibili Avvelenamento da leptocurari Miastenia grave Glaucoma (abbassamento della pressione intraoculare) Morbo di Alzheimer Alzheimer  Chimica Farmaceutica AChEIs AD: perdita dei neuroni colinergici Razionale AChEIs: aumentando i livelli di ACh mantengono attivi i rimanenti neuroni Azione neuroprotettiva degli AChEIs: AChE è coinvolta nella trasformazione della b-amiloide in aggregati tossici Tacrina Rivastigmina Donepezil Galantamina (Cognex) (Exelon) (Aricept) (Razadyne) Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori dell’acetilcolinesterasi (AChEIs) Aggressivi chimici per uso bellico Irreversibili Insetticidi Farmaci Reversibili con gruppo carbammico: legame covalente all’enzima legame non covalente all’enzima senza gruppo carbammico: legame non covalente all’enzima Alzheimer  Chimica Farmaceutica AChEIs reversibili: Arilcarbammati Alcaloide isolato da una leguminosa Fisostigmina, Eserina Disponibile sinteticamente dal 1935 Passaggio della barriera ematoencefalica Instabile chimicamente Uso: oftalmologia, miastenia grave, avvelenamento da anticolinergici Physostigma venenosum Selettività tra AChE e BuChE Importante la stereochimica Arilcarbammati più attivi degli alchil carbammati Fondamentale la testa ionica quaternaria Critica la distanza tra C=O e N N in 8 non importante Alzheimer  Chimica Farmaceutica AChEIs reversibili: Arilcarbammati di sintesi Neostigmina bromuro Piridostigmina bromuro (Prostigmin) (Mestinon ) Semplificazione molecolare della fisostigmina Più stabili della fisostigmina Non passano la BEE Uso: Miastenia grave In fase post-operatoria per antagonizzare gli effetti dei bloccanti neuromuscolari non polarizzanti Alzheimer  Chimica Farmaceutica AChEIs reversibili: Arilcarbammati di sintesi Rivastigmina (Exelon) Approvato per il trattamento del AD (1997) e per il trattamento della demenza associata al morbo di Parkinson (2006) Emivita breve (2 h) ma blocca AChE per circa 10 h Blocca sia AChE che BuChE: effetti collaterali (nausea a vomito) Attività selettiva in zone del cervello clinicamente rilevanti 17 Alzheimer  Chimica Farmaceutica AChEIs reversibili (senza carbammato) Sintetizzata nel 1930 Primo farmaco approvato nel trattamento AD Non selettivo nei confronti della AChE: effetti collaterali Tacrina (nausea, diarrea, incontinenza urinaria, grave (Cognex) epatotossicità) Scarsa biodisponibilità: sono necessarie 4 somministrazioni giornaliere Studio di sistemi dimerici Interazione con PAS Alzheimer  Chimica Farmaceutica AChEIs reversibili (senza carbammato) Donepezil (Aricept) Approvato dal FDA per il trattamento del AD nel 1996 Ottime proprietà farmacocinetiche Ottima biodisponibilità orale Passa facilmente la BEE t1/2 = 70 h Selettivo nei confronti della AChE (1000 volte rispetto alla BuChE): minori effetti collaterali (non dà epatotossicità) 19 Alzheimer  Chimica Farmaceutica AChEIs reversibili (senza carbammato) Galanthus nivalis Galantamina (Razadyne, Reminyl) Alcaloide isolato da piante appartenenti alla famiglia delle Amaryllidaceae (bucaneve) nel 1950 Approvato dal FDA per il trattamento del AD Selettivo nei confronti della AChE (1000 volte rispetto alla BuChE): minori effetti collaterali (non dà epatotossicità) Modulatore allosterico positivo dei recettori nicotinici Alzheimer FEBS Letters 463 (1999) 321-326  Chimica Farmaceutica Recettori del Glutammato (GluRs) Acido L- glutammico Principale aminoacido di tipo eccitatorio nel SNC Ruolo fisiologico: Plasticità sinaptica Funzioni cognitive Apprendimento Memoria Ruolo patologico: Eccitotosicità (danno neurologico associato a patologie quali lesioni traumatiche, l’ictus, AD, SLA) Epilessia Dolore neuropatico Alzheimer  Chimica Farmaceutica Eccitotossicità Eccessiva attività dei recettori NMDA del glutammato Danno apoptotico e morte cellulare Alzheimer  Chimica Farmaceutica Recettori del Glu ionotropici (iGluRs) AMPA/KA (↑Na+, ↑Ca++) NMDA (↑Na+, ↑Ca++) Acido α-amino-3-idrossi-5-metil-4- Acido N-metil-D-Aspartico isossazolopropionico Acido kainico Alzheimer  Chimica Farmaceutica Antagonisti dei recettori NMDA Razionale Glutammato Rimozione da parte di trasportatori del Glu (GLT-1) e Eccitotossicità Glutamina Sintasi (GS) Perdita dell’omeostasi del Ca2+ Formazione di radicali liberi Morte cellulare Aumento della concentrazione di Glu: danno eccitotossico Aβ: induzione di cambiamenti di tipo ossidativo che alterano la funzione dei trasportatori del Glu (GLT-1) e Glutamina Sintasi (GS) Elevata attività dei NMDARs: associata all’iperfosforilazione della proteina tau Alzheimer  Chimica Farmaceutica Antagonisti dei recettori NMDA Memantina (Namenda) Antagonista non-competitivo Blocco del canale aperto Azione agonista-dipendente Permette una normale trasmissione glutammatergica in condizioni fisiologiche Inibisce l’eccessiva attivazione del NMDA in condizioni di eccessiva e cronica stimolazione Prevenzione del danno eccitotossico Alzheimer  Chimica Farmaceutica Strategie terapeutiche A) Trattamento dei sintomi Symptoms management therapies Unici farmaci in commercio; Intervento farmacologico finalizzato a ridurre i sintomi della patologia; Non arrestano il decorso della patologia B) Trattamento della causa (approccio eziologico) Disease modifying therapies Intervento farmacologico sulle cause della patologia Alzheimer  Chimica Farmaceutica Strategie terapeutiche eziologiche (forse) Modulatori delle secretasi Inibitori della attività della β-secretasi Inibitori della attività della γ-secretasi Induttori della attività della α-secretasi Inibitori della biosintesi del colesterolo Inibitori della aggregazione della Aβ Approcci immunologici Alzheimer  Chimica Farmaceutica Ipotesi della cascata dell’amiloide Produzione di aggregati di amiloide β42 (Aβ42) Cascata di reazioni patogeniche Danno neuronale Demenza Alzheimer  Chimica Farmaceutica Neurotossicità del β-amiloide Alzheimer  Chimica Farmaceutica Formazione del β-amiloide Processo antiamiloidogenico Processo amiloidogenico APP: proteina precursore della amiloide (amyloid-β precursor protein) Aβ: Aβ40 e Aβ42 (proteine implicate nella patogenesi dell AD) Enzimi coinvolti : β secretasi, α secretasi, γ secretasi Alzheimer  Chimica Farmaceutica Formazione del β-amiloide Alzheimer  Chimica Farmaceutica Formazione del β-amiloide Alzheimer  Chimica Farmaceutica Formazione del β-amiloide Domande ancora senza risposta β-amiloide, prodotto fisiologico del metabolismo di APP: a cosa serve? β-amiloide: altri ruoli oltre a dare origine a specie neurotossiche? Specie neurotossiche del peptide: forme di 42 amminoacidi o di 40 amminoacidi? forme solubili o quelle aggregate in placche? I farmaci che oggi vengono usati per la malattia di Alzheimer modificano il β-amiloide? Alzheimer  Chimica Farmaceutica Formazione del β-amiloide Processo antiamiloidogenico Processo amiloidogenico Farmaco Farmaco APP: proteina precursore della amiloide (amyloid-β precursor protein) Aβ : A β40 e Aβ42 (proteine implicate nella patogenesi dell AD) Enzimi coinvolti : β secretasi, α secretasi, γ secretasi Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della β-secretasi β-secretasi BACE-1 (β site amyloid precursor cleaving enzyme) Memapsina-2 Proteasi aspartica Alzheimer  Chimica Farmaceutica β-secretasi: struttura, inibitori Proteina integrale di membrana Molti aspetti in comune con le altre proteasi aspartiche Schematic representation of the three- dimensional structure of the BACE (b- secretase) catalytic unit complexed with the inhibitor OM-99-1 (red), as determined by X- ray crystallography Inibitori basati sulla struttura del substrato Substrate based approach Inibitori non peptidomimetici Small molecules Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della β-secretasi (peptidomimetici) Approccio dell’analogo dello stato di transizione: sostituzione del legame scissile ammidico con un gruppo bioisosterico non idrolizzabile statina omostatina idrossietile idrossietilammina Gruppo –OH: coordinazione con i 2 residui di aspartato Spiazzamento della molecola d’acqua Natura peptidica o peptidomimetica: scarse caratteristiche farmacocinetiche Statina: g-aa presente nella sequenza della Possibilità di ottimizzazione pepstatina, inibitore della pepsina e di altre proteasi Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della β-secretasi (peptidomimetici) Identificazione della minima sequenza amminoacidica necessaria Sequenziale ottimizzazione delle porzione C-terminale, N-terminale e la porzione statinica centrale Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della β-secretasi (peptidomimetici) Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della β-secretasi (peptidomimetici) Inibitori a base idrossietilamminica: interazioni con l’enzima Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della β-secretasi (non peptidomimetici) 2-amino-3,4-dihydroquinazoline Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della β-secretasi (non peptidomimetici) HTS: IC50= 22 μM spiropiperidine iminohydantoin Nuova modalità di legame Interazione con i residui di aspartato mediata da una molecola d’acqua Struttura cristallina Progettatti e sintetizzati composti potenti e in grado di passare la BEE Alzheimer J. Med. Chem., 2008, 51 (20), 6259-6262  Chimica Farmaceutica Inibitori della γ-secretasi Sistema enzimatico più complesso (costituito da 4 componenti) Target più semplice: sito attivo è idrofobico inibitori idrofobici molecole che passano più agevolmente le membrane Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della γ-secretasi FANS e γ-secretasi Studi epidemiologici FANS: riduzione dei rischi per AD Azione non correlata all’inibizione della COX Riduzione della formazione del frammento amiloidogenico Aβ42 Modulazione dell’azione della γ-secretasi Alzheimer  Chimica Farmaceutica Attivatori dell’α-secretasi α-secretasi: catalisi del processo antiamiloidogenico Razionale Aumento dell’azione dell’enzima: APP convertito in peptidi diversi da Aβ42 Attivatori della α-secretasi Agonisti M1 e M3 Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori dell’aggregazione del β-amiloide Monomeri Aβ: no neurotossicità Razionale Blocco della loro aggregazione: no tossicità Β sheet breakers Chelanti dello Zn2+ e del Cu2+ (clioquinolo); studi clinici (Antiamebico) Tramiprosato (Omotaurina, Alzhemed™); studi clinici Alzheimer  Chimica Farmaceutica Inibitori della biosintesi del colesterolo Correlazione tra il metabolismo del colesterolo e AD Studi epidemiologici correlano alti livelli di colesterolo con l’incremento della incidenza di AD Terapia con statine: diminuzione dell’incidenza di AD Esperimenti su animali Meccanismo: non noto Ipotesi: diversi livelli di colesterolo, diversa modulazione della fluidità delle membrane, diversa modulazione dell’attività delle secretasi Farmaci: Statine Inibitori ACAT (Acyl-CoA cholesterol acyltransferase) Alzheimer  Chimica Farmaceutica Classificazione dei lipidi Lipidi semplici Lipidi complessi Colesterolo Esteri del colesterolo Esteri del glicerolo Altri esteri Componente Colesterolo + AG Terpeni strutturale Non polare (vit. K, E, A) Precursore di 75% del colesterolo ormoni ed Sfingolipidi plasmatico (SNC) acidi biliari 25% del Acidi grassi colesterolo Saturi, plasmatico monoinsaturi, Trigliceridi Fosfolipidi polinsaturi Glicerolo + AG Glicerolo + AG + Importante Non polare fosfato fonte Riserva Testa polare, coda energetica energetica apolare; Sintesi delle Tessuto adiposo Membrane prostaglandine cellulari Alzheimer  Chimica Farmaceutica Classificazione dei lipidi Lipidi complessi Esteri del colesterolo Esteri del glicerolo Altri esteri Colesterolo + AG Terpeni Non polare (vit. K, E, A) 75% del colesterolo Sfingolipidi CH2OH CO R plasmatico (SNC) CH2O CHOH CHO CO R CH2OH CH2O CO R Trigliceridi Fosfolipidi Glicerina Trigliceride Glicerolo + AG Glicerolo + AG + CO R Non polare fosfato R = catena lipofilica CH2O R1 = residuo carico Riserva Testa polare, coda CHO CO R o comunque molto energetica apolare; idrofilico CH2O O P Tessuto adiposo Membrane O O R1 cellulari Fosfolipide Alzheimer  Chimica Farmaceutica Lipoproteine Core idrofobico Singolo strato di molecole anfipatiche Diverse per » Dimensione Densità Composizione Motilità elettroforetica Scambio di lipidi tra lipoproteine e tessuti Associazione non covalente Separazione per ultracentrifugazione Alzheimer  Chimica Farmaceutica Classificazione delle lipoproteine Colesterolo Colesterolo Trigliceridi Proteine Principali Classe libero esteri Funzione (% p/p) (% p/p) apoproteine (% p/p) (% p/p) A-I, A-IV, A-V, Trasporto dei lipidi Chilomicroni 80-95 1-3 2-4 1-2 B-48, C-I, C- (colesterolo e II, C-III, E trigliceridi) esogeni Sintetizzate dal fegato; B-100, C-I, C- Trasportano i lipidi VLDL 45-65 4-8 16-22 6-10 II, C-III, E endogeni dal fegato ai tessuti periferici Riconoscono specifici recettori; LDL 4-8 6-8 45-50 18-22 B-100 Trasportano colesterolo ai tessuti periferici Responsabili del trasporto inverso del HDL 2-7 3-5 15-20 45-55 A-1, A-II, E colesterolo dai tessuti al fegato Alzheimer  Chimica Farmaceutica Classificazione delle lipoproteine Alzheimer  Chimica Farmaceutica Dislipidemie Formazione dell’ateroma Ossidazione delle LDL che penetrano attraverso l’endotelio (in condizioni d’ipertensione, fumo, stress, diabete) LDL ossidate mediano una risposta di tipo infiammatorio da parte dell’endotelio Stria lipidica e migrazione delle cellule muscolari Lesione fibroadiposa (fibroateroma) con migrazione delle cellule muscolari lisce aumento del collagene Aggregazione e adesione piastrinica, migrazione delle cellule muscolari lisce, aumento del collagene Alzheimer  Chimica Farmaceutica Terapia delle dislipidemie Diminuire i lipidi circolanti (colesterolo e trigliceridi) Diminuire la concentrazione di LDL Aumentare la concentrazione di HDL Farmaci Sequestranti degli acidi biliari (resine a scambio ionico) Ezetimibe Acido nicotinico Agonisti PPAR: Fibrati Statine In fase di sperimentazione Inibitori di ACAT (Acyl-CoA:cholesterol acyltransferase) Inibitori di CETP (Cholesteryl ester transfer protein) Alzheimer  Chimica Farmaceutica Terapia delle dislipidemie (e di AD?) Alzheimer  Chimica Farmaceutica Colesterolo Componente delle membrane cellulari Precursore di: Acidi biliari Vitamina D Ormoni steroidei Fonti Colesterolo dietetico (dai 300 ai 450 mg/giorno) Colesterolo dai tessuti extra-epatici (