Fase Sviluppo Non Clinico Farmaci 2024-2025 PDF

Lezioni di Progettazione e sviluppo del farmaco Prof. Andrea Duranti – Scuola di Farmacia Università degli Studi di Urbino Carlo Bo FASE DELLO SVILUPPO NON CLINICO Il materiale didattico inserito nella piattaforma Moodle costituisce un elemento di raccordo t...

Lezioni di Progettazione e sviluppo del farmaco Prof. Andrea Duranti – Scuola di Farmacia Università degli Studi di Urbino Carlo Bo FASE DELLO SVILUPPO NON CLINICO Il materiale didattico inserito nella piattaforma Moodle costituisce un elemento di raccordo tra lezioni e studio individuale, ed è fornito per un utilizzo strettamente personale con l’obiettivo di rendere maggiormente fruibili gli argomenti trattati. I contenuti ricalcano quanto presentato in aula ma non sono da considerarsi sostitutivi del libro di testo Si fa presente che il materiale non è da diffondere, fotocopiare o utilizzare per scopi diversi da quelli relativi alla preparazione individuale Anno accademico 2024-2025 Nel capitolo 2 saranno analizzate le caratteristiche della fasi dello sviluppo non clinico di un farmaco con approfondimenti su alcune delle azioni principali di carattere non biologico e biologico. Saranno analizzati anche scenari riferiti allo sviluppo di farmaci chirali Obiettivo del capitolo 2 è quello di trasmettere e far acquisire a studentesse e studenti capacità analitiche sulle azioni principali della fase di sviluppo non clinico, con particolare enfasi su quelle di carattere chimico e su quelle relative allo sviluppo di farmaci chirali  FASE DELLO SVILUPPO NON CLINICO Azioni di carattere non-biologico Ø Sviluppo chimico (scale-up) Ø Sviluppo analitico Azioni di carattere biologico Ø Aspetti farmacocinetici Ø Sviluppo farmacologico/farmacodinamica Farmaci chirali  Fasi dello sviluppo di un farmaco Tradizionalmente se ne distinguono due, chiamate SVILUPPO NON CLINICO e sviluppo clinico Lo sviluppo non clinico attiene alle azioni iniziali che precedono la sperimentazione sull’uomo e può essere suddiviso in azioni di carattere non biologico (sviluppo chimico, analitico e farmaceutico) e biologico (sviluppo farmacologico, tossicologico e con aspetti riguardanti farmacocinetica e metabolismo) Lo sviluppo clinico si riferisce alla fase nella quale, dopo che il farmaco è stato sperimentato su modelli animali, si inizia il processo finalizzato a valutare se è possibile arrivare all’approvazione del farmaco stesso e alla specialità medicinale che lo contiene  Che cosa si intende con processo di scaling-up (o scale-up)? Implica la produzione del farmaco da una scala media o grande (decine di grammi) a una scala molto grande (fino a tonnellate di farmaco) Qui è mostrato un impianto di produzione intermedio (impianto pilota)  Quali sono le caratteristiche del processo di scale-up? (1) Controlli, anche on line, molto rigorosi Esigenza di una bassa probabilità di fallimento Minimizzazione delle operazioni costose e onerose anche in relazione ai tempi di realizzazione Necessità di testare la solidità del processo su piccola scala (in laboratorio) e media scala (impianto pilota) anche attraverso procedure di automazione Ricerca di passaggi sintetici che riducano al minimo le difficoltà Interazione nei processi su scala (scale-up/scale-down): ricerca di vie sintetiche alternative, più brevi, con maggiori rese e riproducibili anche attraverso l'utilizzo di tecnologie alternative e uno stretto rapporto tra chimici di laboratorio, chimici di impianto pilota e ingegneri chimici  Quali sono le caratteristiche del processo di scale-up? (2) Analisi dei quantitativi di sostanza da utilizzare (materiale di partenza), smaltire e riciclare in relazione alla scala (fino a tonnellate) con valutazione della possibilità di ricorrere alla green chemistry1 Sicurezza, chiarezza e ordine nelle operazioni richieste per il processo anche in relazione alle problematiche potenziali (es. polimorfismo/requisiti di purezza) Se nella fase di scale-up sono necessarie modifiche del processo di sintesi, dovrà essere dimostrata, attraverso studi di qualifica tossicologica delle nuove impurezze, la bioequivalenza tra i prodotti ottenuti con la prima e la seconda procedura sintetica I processi di produzione su larga scala sono aggiornati anche al termine delle fasi cliniche 1 e 2 (più raro al termine della 3 perché dopo questa fase si rimane in attesa dell’approvazione), ma se escono fuori prodotti indesiderati aggiuntivi è necessario sintetizzare di nuovo la molecola in esame, eseguire nuovamente le prove tossicologiche e di stabilità, e richiedere l’approvazione2 1 La green chemistry, chiamata anche chimica sostenibile, consiste in un tipo di approccio basato sulla progettazione di prodotti e processi che riducono o eliminano l’uso e la produzione di sostanze pericolose per la salute e l’ambiente 2 Sel’impurezza è > 0,10% deve essere identificata, se > 0,15% devono essere eseguite le prove tossicologiche ma le impurezze genotossiche richiedono un percorso molto più articolato (necessari costi di ~2 ML € e 2 anni di tempo aggiuntivi) Articoli di supporto per l’argomento commentati e reperibili nella piattaforma Moodle Blended: 1) Development of a Multigram Synthesis of URB937, a Peripherally Restricted FAAH Inhibitor. Fiorelli, C.; Scarpelli, R.; Piomelli, D.; Bandiera, T. Org. Process Res. Dev. 2013, 17, 359–367. 1bis) Dalla chimica di laboratorio all’impianto industriale. La scienza dello scale-up. Trifirò, F. Chim. Ind. Newsletter 2018, 5, 4–9.  Sviluppo analitico (che cosa comporta) (1) Per la sostanza attiva (molecola di interesse farmaceutico) La definizione delle specifiche dei prodotti di partenza, dei reagenti, dei solventi e degli adiuvanti chimici impiegati nei processi di produzione La messa a punto e la convalida dei metodi analitici per il controllo del processo di produzione e per la definizione delle specifiche degli intermedi di sintesi La definizione delle caratteristiche strutturali della molecola di interesse farmaceutico, delle impurezze e dei prodotti di degradazione La messa a punto e la convalida dei metodi analitici per la determinazione della molecola di interesse farmaceutico, delle impurezze e dei prodotti di degradazione La definizione delle specifiche (chimiche, fisiche e biologiche) della molecola di interesse farmaceutico La definizione della stabilità della molecola di interesse farmaceutico a diverse condizioni di conservazione, della data di rianalisi e del materiale di confezionamento  Sviluppo analitico (che cosa comporta) (2) Per la forma farmaceutica La definizione delle specifiche analitiche degli eccipienti, degli adiuvanti farmaceutici e dei materiali di confezionamento La messa a punto e la convalida dei metodi analitici per il controllo del processo farmaceutico La messa a punto e la convalida dei metodi analitici per la rideterminazione della molecola di interesse farmaceutico, delle impurezze e dei prodotti di degradazione nella forma farmaceutica per uso umano e nelle preparazioni per studi tossicologici (soluzioni, sospensioni, diete medicate) La definizione delle specifiche (chimiche, tecnologiche e biologiche) della forma farmaceutica La definizione, a diverse condizioni di conservazione e in diversi confezionamenti, della stabilità della forma farmaceutica per uso umano e del suo periodo di validità nel confezionamento adottato per la commercializzazione La definizione del periodo di validità delle preparazioni per uso tossicologico La messa a punto e la convalida dei metodi analitici per la determinazione dell’efficacia dei processi di decontaminazione di impianti e macchinari  Farmacocinetica (ADME) (1) Assorbimento (fattori che influiscono su) Proprietà chimico-fisiche intrinseche della molecola (solubilità in H2O, che permette il superamento delle membrane biologiche) Ø Tipo di formulazione Ø Via di somministrazione Coefficiente di ripartizione tra fase lipidica e fase acquosa (regola l’affinità del farmaco per le membrane lipidiche, pertanto la velocità di assorbimento) Grado di dissociazione (il numero delle molecole non ionizzate dipende dal pH dell'ambiente acquoso a contatto con la membrana stessa) Capacità di legame con le proteine plasmatiche (gradiente tra fase acquosa e fase lipidica) Distribuzione (fenomeni di) Contribuiscono alla diminuzione dell'effetto farmacologico quando il farmaco si insedia anche in tessuti diversi da quello bersaglio. Analoghe conseguenze possono aversi anche quando, a una rapida distribuzione nei tessuti bersaglio, segue una ridistribuzione ad alti livelli nei tessuti o nelle cellule, dove il farmaco rimane sequestrato per effetti di legame o per via delle sue caratteristiche chimico-fisiche  Farmacocinetica (ADME) (2) Metabolismo (fenomeni di) Possono avvenire prima che si sia verificato l'assorbimento del farmaco (metabolizzazione pre-sistemica “pre-assorbimento”) oppure dopo l'assorbimento ma prima che il farmaco entri in circolo (metabolizzazione pre-sistemica “post-assorbimento” o effetto di primo passaggio) Ø Reazioni “sintetiche”: ossidazione, riduzione e idrolisi (metaboliti attivi o non attivi); reazioni “non sintetiche o di coniugazione”: legame del farmaco (o anche dei suoi metaboliti) con un substrato endogeno (di solito un carboidrato, un amminoacido o un solfato inorganico) Ø Capacità di legame con le proteine plasmatiche (gradiente tra fase acquosa e fase lipidica) Escrezione (principali vie di) Renale (dimensione molecolare, entità della frazione non legata alle proteine plasmatiche, liposolubilità e pKa) Biliare (dimensione molecolare) Intestinale  FARMACI CHIRALI Problematiche relative con analisi delle ragioni che portano allo sviluppo di farmaci in forma racemica o enantiomerica  Immanuel Kant filosofo 1724-1804  Louis Pasteur scienziato 1822-1895  Glossario 1 Chiralità. È la proprietà di un oggetto rigido (o di una disposizione spaziale di punti o atomi) di essere non sovrapponibile alla sua immagine speculare. Essa appartiene alla molecola (o, più in generale, a un oggetto) e non va associata alle singole entità (centro, atomo, punto, sfera…). Le espressioni in uso del tipo “centro chirale”, “carbonio chirale” o “carbonio asimmetrico” non sono, pertanto, strettamente corrette; ad esse è preferibile la terminologia “centro stereogenico” o “carbonio stereogenico”.3 Stereogenico. Unità (centro, asse, piano…) presente in una molecola che dà luogo all'esistenza di stereoisomeri (non necessariamente di enantiomeri). Stereoisomeri. Isomeri che hanno identica costituzione ma differiscono per l’arrangiamento spaziale dei loro atomi. Isomeri ottici (o antipodi ottici) sono sinonimi obsoleti di stereoisomeri con proprietà ottiche diverse, che dovrebbero essere indicati come enantiomeri o diastereoisomeri. 3 L’espressione “centro chirale”, usata per indicare un centro stereogenico che origina immagini speculari non sovrapponibili, deriva dalla locuzione inglese chirality center che, però, è da intendersi alla lettera con il significato di centro (es. atomo) di chiralità cioè centro in grado di generare chiralità (= centro stereogenico). Ma attenzione: centri stereogenici possono essere presenti in molecole achirali (es. diastereoisomero di forma meso) e possono esistere molecole chirali in assenza di centri stereogenici (es. eliceni).  Glossario 2 Enantiomeri. Stereoisomeri che sono immagini speculari non sovrapponibili. Diastereoisomeri. Stereoisomeri che non sono enantiomeri. Enantiopuro. Campione le cui molecole hanno tutte (nei limiti della rilevazione) lo stesso senso di chiralità. È sconsigliato l’uso di omochirale come sinonimo. Stereoselettività. La formazione preferenziale di uno stereoisomero rispetto all’altro in una reazione chimica. Quando gli stereoisomeri sono enantiomeri si parla di enantioselettività e si esprime quantitativamente mediante l’eccesso enantiomerico; quando sono diastereoisomeri si parla di diastereoselettività e si esprime quantitativamente mediante l’eccesso diastereomerico. Eccesso enantiomerico (e.e.). Quantità di un enantiomero in eccesso rispetto all'altro in una miscela espressa come (R-S)/(R+S) x 100 [o viceversa (S- R)/(R+S) x 100, a seconda di quale predomina]. Il suo valore coincide con quello della purezza ottica (rapporto tra il potere rotatorio specifico misurato e quello di un enantiomero puro).  Glossario 3 Racemizzazione. Formazione del racemo a partire da materiale chirale in cui un enantiomero è presente in eccesso. Racemo. Miscela equimolecolare di una coppia di enantiomeri. Il termine è preferibile rispetto a racemato, una traduzione impropria del vocabolo inglese racemate, che comprende il conglomerato racemico, il composto racemico o lo pseudoracemato a seconda del tipo di cristallo che si forma. L’espressione miscela racemica è ambigua e fortemente sconsigliata e può generare confusione poiché è stata usata come sinonimo sia di racemo sia di conglomerato racemico. Conglomerato racemico (cristalli chirali, ~10% dei casi). Miscela meccanica equimolecolare di cristalli, ciascuno dei quali contiene solo uno dei due enantiomeri presenti in un racemo. Costituisce l’unica situazione nella quale il processo di formazione dell’enantiomero mediante cristallizzazione è consentito; esso è definito risoluzione spontanea, dato che possono essere ottenuti enantiomeri puri o quasi puri mediante successiva separazione. Composto racemico (cristalli achirali, ~85% dei casi). È un racemo cristallino in cui i due enantiomeri sono presenti in uguale misura in un ben definito arrangiamento all’interno del reticolo di un composto cristallino omogeneo. Pseudoracemato (= soluzioni solide racemiche) (cristalli achirali, ~5% dei casi). I rapporti tra gli enantiomeri sono variabili.  Glossario 4 Eutomero. Enantiomero che mostra l’attività biologica più elevata. Distomero. Enantiomero opposto, meno attivo. Rapporto eudismico (RE). Rapporto tra l’attività dell’eutomero e quella del distomero. Il RE esprime l’enantioselettività, qui indicata come la differenza quantitativa nell’attività biologica dei due enantiomeri. Indice eudismico (IE). Logaritmo del rapporto eudismico. Costituisce una misura quantitativa della discriminazione chirale. In una serie di stereoisomeri l’IE è correlabile all’attività attraverso la formula EI = a + b (logAttEu) dove “a” e “b” sono due costanti con “b” che è definito quoziente di affinità eudismica. Racemic (o chiral) switch. Sviluppo di una forma enantiomerica pura di un farmaco già presente nel mercato come racemo.  Glossario 5 Enantiotopico. Detto di un atomo o di un gruppo in una molecola achirale o di una faccia di un gruppo planare (es. alchene) che per sostituzione di uno o dell’altro o per addizione da una parte o dall’altra, rispettivamente, danno luogo a uno o all’altro dei due enantiomeri di un composto chirale. La molecola si chiama allora prochirale. Pool chirale. Insieme di composti naturali (o di loro derivati) disponibili in forma enantiomericamente pura in quantità elevate. Risoluzione. Separazione di un racemo negli enantiomeri che lo compongono. Ottenuta di solito per interazione di un racemo con un’entità chirale [composto, ma anche fase (es. se si utilizza una colonna cromatografica) o solvente] e successiva separazione fisica (es. diastereoisomeri formatisi se si tratta di una cristallizzazione frazionata). Con risoluzione cinetica si definisce la separazione parziale o completa degli enantiomeri di un racemo ottenuta grazie alla loro diversa velocità di reazione con un agente (reagente, catalizzatore, solvente…) chirale. Ausiliario chirale. Composto o unità impiegati allo scopo di introdurre chiralità nella molecola e realizzare una sintesi asimmetrica con formazione selettiva di uno dei due enantiomeri. Esso è otticamente attivo e può poi essere eliminato e recuperato. Da: Millership JS & Fitzpatrick A Chirality 1993, 5, 573-576. Everhardus Jacobus Ariëns scienziato 1918-2002  Bernard Testa scienziato 1941-2022  Questionario su problematiche legate allo sviluppo di farmaci chirali Politica adottata per lo sviluppo dell’enantiomero e del racemo Numero dei farmaci chirali sintetizzati Problematiche di tipo biofarmaceutico incontrate Eventuali scambi di opinione con l’FDA e con altri enti deputati alla regolamentazione della materia in questione Eventuali farmaci racemi immessi in commercio Opinioni in merito al dibattito sullo sviluppo di farmaci otticamente attivi  Ragioni per lo sviluppo del farmaco in forma racemica Gli enantiomeri hanno attività sinergica o additiva In presenza di un alto indice terapeutico e di una bassa tossicità del distomero La molecola non è stabile configurazionalmente e dà spontaneamente inversione nelle condizioni di temperatura e pH fisiologici Il farmaco è una novità o è indicato nel trattamento delle malattie a rischio I costi per l’ottenimento della separazione enantiomerica sono enormi  Ragioni per lo sviluppo del farmaco in forma enantiomerica Elevato rapporto eudismico Basso indice terapeutico Tossicità legata al distomero Assenza di inversione di configurazione Costi di produzione non elevatissimi Da: Agranat I et al. Nat Rev Drug Discov 2002, 1, 753-768. Da: Agranat I et al. Nat Rev Drug Discov 2002, 1, 753-768. Da: Agranat I et al. Nat Rev Drug Discov 2002, 1, 753-768. Attraverso la disamina dei contenuti le studentesse e gli studenti dovranno acquisire conoscenze e competenze specifiche sugli aspetti considerati nel capitolo 2, e dovranno essere in grado di produrre sia valutazioni critiche indipendenti e ragionamenti su problematiche e strategie relative alle fasi dello sviluppo non clinico e a quelle pertinenti ai farmaci chirali, sia abilità comunicative attraverso l’utilizzo di una terminologia propria delle tematiche trattate