Farmacologia Generale Appunti PDF

APPUNTI DI FARMACOLOGIA GENERALE Corso: Farmacologia e farmacoterapia Prof.ssa Sara De Martin A.A. 2024-2025 IV anno, CTF...

APPUNTI DI FARMACOLOGIA GENERALE Corso: Farmacologia e farmacoterapia Prof.ssa Sara De Martin A.A. 2024-2025 IV anno, CTF Indice Capitolo 1 - Lessico 4 Capitolo 2 - Passaggio delle membrane 8 Diffusione passiva 8 Filtrazione attraverso i pori 11 Trasporto di membrana 12 Endocitosi 17 Capitolo 3 - Assorbimento 19 Via orale 20 Via buccale 27 Via rettale 27 Via polmonare 27 Via intranasale 27 Via transdermica/percutanea/transcutanea 28 Via intravascolare 29 Via intramuscolare 30 Via sottocutanea 30 Capitolo 4 - Distribuzione 31 Legame proteico e distribuzione dei farmaci 31 Determinanti della distribuzione 33 Distribuzione ai diversi spazi dell’organismo e volume di distribuzione reale 35 Capitolo 5 - Reazioni metaboliche 41 Proprietà generali degli enzimi che metabolizzano xenobiotici 41 Fasi del metabolismo 42 Citocromo P450 43 Idrolisi 47 Coniugazioni 49 Capitolo 6 - Metabolismo 51 Esempi di genotossicità 51 Reazioni di sensibilizzazione 53 Polimorfismo metabolico 54 Capitolo 7 - Induzione e inibizione del metabolismo 57 Capitolo 8 - Escrezione 63 Escrezione renale 63 1  Escrezione biliare 67 Capitolo 9 - Farmacocinetica quantitativa 69 Analisi quantitativa dei processi farmacocinetici 69 Metodi di analisi farmacocinetica 71 Parametri farmacocinetici 74 Analisi non compartimentale 82 Capitolo 10 - Ricerca e sviluppo di un nuovo farmaco 84 Storia dello sviluppo dei farmaci 85 Sperimentazione clinica 85 Fasi della sperimentazione clinica 88 Capitolo 11 - Sperimentazione preclinica in vivo 94 Disegno dello studio 96 Capitolo 12 - Farmacodinamica 99 Aspetti quantitativi dell’interazione farmaco-recettore 100 Capitolo 13 - Recettori farmacologici 104 Recettori fisiologici 104 Proteine funzionali 111 Proteine strutturali 112 Proteine solubili 112 Acidi nucleici 113 2  Capitolo 1 - Lessico La Farmacologia Generale studia i meccanismi generali che sottendono all’azione dei farmaci, ovvero che governano le interazioni tra farmaci e sistemi biologici. È costituita da due branche: - farmacocinetica - farmacodinamica La Farmacocinetica studia gli eventi cui va incontro un farmaco nell'organismo (processi di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione, in quanto il farmaco deve anche essere in grado di essere eliminato). Fornisce i criteri in base ai quali adottare il modo di somministrazione più opportuno. La formulazione ha un ruolo fondamentale. La farmacocinetica ci permette di capire: - Via di somministrazione, che dipende comunque anche da altri parametri - Formulazione farmaceutica - Dose, se errata l’azione è nulla o tossica - Frequenza di dosaggio per ottenere l'effetto terapeutico, es. antibiotico. finestra terapeutica La Farmacodinamica studia gli effetti biochimici e fisiologici dei farmaci, ovvero le loro azioni e i meccanismi mediante i quali vengono esercitate tali azioni. I principi della farmacodinamica costituiscono la guida per la scelta del farmaco con l'azione più adatta a curare la malattia. Spiega come i farmaci fanno a funzionare una volta arrivati al sito d’azione. Concetto di agonista, antagonista, ecc.. Farmaco La parola farmaco deriva dal greco = rimedio, veleno. È uno xenobiotico. Tutte le sostanze sono veleni, non ce n’è alcuna che non sia un veleno. Solo la giusta dose differenzia il veleno dal rimedio. Paracelso (1493-1541) Sono in uso due definizioni: 1. Qualsiasi sostanza o composto impiegato nella prevenzione (es. vaccini, non nutraceutici che sono utili ma non sono farmaci), nella cura e nella diagnosi delle malattie. → questa definizione vale anche dal pdv legislativo: es. nutraceutici non hanno la stessa legislazione dei farmaci (EMA vs EFSA) 2. Qualsiasi sostanza in grado di modificare una funzione biologica e quindi di esercitare un effetto, benefico o nocivo, sugli organismi viventi. → i farmaci hanno sempre effetti avversi Per il medico, il termine farmaco indica una sostanza clinicamente utile. L’ azione farmacologica è il risultato della modificazione di un processo biologico. Solitamente, i farmaci non possono evocare nuovi processi biologici, ma possono solo modificare quelli già esistenti. I farmaci correggono o sfruttare dei processi biologici già esistenti, legandosi principalmente a proteine, favorendo o impedendo dei processi. In malattia i processi sono generalmente disregolati. Dal Principio Attivo puro alla Preparazione Farmaceutica Un principio attivo/farmaco è utile solo se è sufficientemente biodisponibile , cioè se è capace di: 3  - raggiungere in forma attiva ed in concentrazione adeguata il circolo sistemico, al fine di raggiungere il sito d’azione; - permanere al sito d’azione per un tempo sufficientemente lungo prima di essere degradato enzimaticamente; Origine dei principi attivi Le fonti da cui si possono ottenere i principi attivi sono molteplici: - Naturale (vegetali, animali, microrganismi, minerali) -> esempio carbonato di litio usato - Semisintesi chimica (farmaci derivati da modificazioni di molecole naturali) - Sintesi chimica (small molecules prodotte in laboratorio) → esempio sofosbuvir contro epatite C è un first in class ovvero il 1° farmaco approvato per una certa classe. Dai principi attivi di origine naturale, si ottengono i farmaci biologici, derivati da un organismo vivente: - Biologici estrattivi (gonadotropine da urine di donne in post-menopausa o eparine da mucosa intestinale di maiale) - Biotecnologici prodotti da organismi viventi (ottenuti da cellule procariotiche o eucariotiche con la tecnica del DNA ricombinante) I farmaci biologici sono quindi così definiti sulla base del loro processo produttivo: - prodotti utilizzando processi biologici, non per sintesi chimica - ottenuti da materiale vivente (uomo, piante, animali, microrganismi) I farmaci biotecnologici (biotech drugs) sono quei farmaci biologici che vengono prodotti utilizzando processi produttivi basati sulle biotecnologie. Il primo farmaco biotecnologico fu l’insulina umana, prodotta dalla Genentech con la tecnica del DNA ricombinante. Il farmaco fu approvato e registrato negli USA nel 1982. Tecnica del DNA ricombinante → usata per produrre il primo farmaco biotecnologico, che è stata l’insulina umana. Farmaci biosimilari La perdita della copertura brevettuale permette l’entrata sulla scena terapeutica dei farmaci cosiddetti “biosimilari”, medicinali simili ai farmaci biologici originatori non più soggetti a copertura brevettuale, che possono essere prodotti dalle industrie farmaceutiche secondo procedure e normative espresse da specifiche linee guida europee e commercializzati a prezzi inferiori rispetto ai prodotti originatori. I farmaci biosimilari sono, quindi, medicinali biologici autorizzati dall’Agenzia Europea dei Medicinali (European Medicines Agency – EMA) simili per qualità, efficacia e sicurezza al prodotto biologico di riferimento. C’è una differenza fra sintetizzare un generico e una proteina perché più complessa, di conseguenza si parla di biosimilari e non di equivalenti: simili ma non identici dal pdv strutturale e molecolare → in questo caso non è scontato che siano sostituibili Uno Xenobiotico è una sostanza chimica estranea all'organismo (introdotta accidentalmente o volontariamente) capace di modificare un processo biologico. Tossine e tossici sono sostanze estranee, d'origine naturale (tossine) o prodotte da attività umane (tossici), in grado di produrre avvelenamenti. La linea di demarcazione tra tossine o tossici e farmaci è assai labile. 4 Un placebo è una sostanza inerte e priva di effetti biologici rilevanti sull’organismo. Confezionato in una preparazione farmaceutica uguale a quella di un farmaco, viene utilizzato in studi clinici controllati per evidenziare l’effetto dovuto all’azione farmacologica e distinguerlo da quanto dovuto a fenomeni psicologici indotti dal contesto nel quale il farmaco viene somministrato. Medicina basata su prove di efficacia (Evidence-based Medicine) Basata su dati scientifici ottenuti mediante metodiche sperimentali che ne garantiscano riproducibilità e validità e dalla valutazione critica dei dati esistenti. Branche della farmacologia Farmacodinamica Farmacocinetica Farmacologia cellulare e molecolare: studia la natura/struttura delle molecole dell’organismo con cui i farmaci interagiscono e/o gli eventi molecolari e cellulari che sottendono agli effetti sistemici dei farmaci. Farmacologia clinica: Studia e applica metodologie rigorose e specifiche per una corretta valutazione di efficacia terapeutica e sicurezza d'uso di un farmaco nell’uomo. La farmacologia clinica segue le sostanze ad azione farmacologica in tutto il loro percorso, sia nel periodo precedente (sperimentazione clinica) che quello successivo (sperimentazione post-marketing, farmacovigilanza) all'immissione in commercio di un farmaco. Farmacovigilanza: comprende la scienza e le attività che riguardano l’individuazione, l’accertamento, la comprensione e la prevenzione degli effetti avversi e di ogni altro possibile problema relativo ai farmaci. Farmacoeconomia: studia il rapporto costo/beneficio di un trattamento. Valuta l’impatto dell’uso di farmaci su altri indici economici (spesa sanitaria, gestione economica della salute). Si basa sui rapporti tra economia ed industria farmaceutica, tra attività produttiva e ricerca farmaceutica e sviluppo dell’economia. Lo scopo finale delle analisi farmacoeconomiche è la corretta gestione della politica sanitaria e la programmazione dello sviluppo dell’industria. Farmacogenetica/Farmacogenomica: studio dei fattori genetici che stanno alla base della risposta ai farmaci. Studia la risposta ai farmaci nelle diverse popolazioni e nei singoli individui ed identifica i motivi genetici di queste diversità. Suddividendo i soggetti in base alla risposta ai farmaci e al loro profilo genico, ottimizza la scelta e la dose del farmaco per ciascun individuo. Aiuta a prevedere o giustificare risposte abnormi ai farmaci, in termini sia farmacodinamici che farmacocinetici. Farmacoepigenetica: studia come interferire con i farmaci sulle modificazioni della cromatina e del DNA che regolano i meccanismi epigenetici (metilazioni e modificazioni istoniche). 5 Chemioterapia: letteralmente, significa terapia con sostanze di sintesi chimica Oggi, indica la terapia con sostanze, sia di sintesi che di derivazione naturale, che mirano alla lesione di cellule viventi dannose per la salute (agenti infettivi o cellule neoplastiche). Esiste quindi una chemioterapia antibatterica (antibiotici) e antineoplastica (terapie oncologiche tradizionali). Tossicologia: è lo studio degli effetti dannosi sugli organismi viventi (uomo, animali e piante) da parte di sostanze chimiche o naturali, comprese quelle usate come farmaci, additivi, contaminanti e fitofarmaci. Gli studi tossicologici sono essenziali e irrinunciabili per la caratterizzazione e la commercializzazione di un farmaco. Si suddivide in tre aree principali: 1. Tossicologia sperimentale e clinica, che studia gli effetti nocivi acuti e cronici di queste sostanze. 2. Tossicologia ambientale, che studia l'effetto degli inquinanti ambientali sugli organismi viventi in generale. 3. Tossicologia forense, che studia gli aspetti medico-legali degli effetti dei tossici su uomo e animali. 6  Capitolo 2 - Passaggio delle membrane La farmacocinetica descrive il movimento di un farmaco nell’organismo: studia gli eventi cui va incontro un farmaco nell'organismo (processi di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione). La farmacocinetica fornisce i criteri in base ai quali adottare il modo di somministrazione più opportuno (via di somministrazione, formulazione farmaceutica, dose, frequenza di dosaggio) per ottenere l'effetto terapeutico. Esistono quattro principali meccanismi di passaggio: 1. diffusione passiva 2. filtrazione attraverso pori 3. trasporto (attivo o passivo) 4. endocitosi Diffusione passiva Passaggio di un farmaco attraverso una membrana biologica dovuto alla differenza di concentrazione ai due lati della membrana stessa. La diffusione avviene secondo gradiente di concentrazione da C1 a C2 ed è una reazione che non richiede consumo di energia. Il gradiente di concentrazione è la forza responsabile del movimento. I principi generali di diffusione attraverso le membrane sono: 1. La matrice delle membrane cellulari è costituita da lipidi 2. Citoplasma e spazi extracellulari sono soluzioni acquose 3. Ogni farmaco per diffondere attraverso una cellula deve possedere una idro-liposolubilità 4. Il grado di idro-lipofilia è dato dal coefficiente di ripartizione Cr o K K = ([F] fase oleosa)/([F] fase acquosa) Per Cr > 1 → composto tendenzialmente lipofilo Per Cr ≅ 0 → composto molto idrofilo Fattori che determinano la velocità di diffusione Caso 1 → molecole neutre Seguono la legge di Fick 𝐷·𝐴·𝐶𝑟 𝑣𝑑 = ℎ · ∆𝐶 dove: A = area superficie h = spessore della membrana Cr = coefficiente di ripartizione olio/acqua ΔC = differenza di concentrazione D = coefficiente di diffusione (costante, dipende da tipo di membrana, forma e dimensione molecola) 7  𝐷·𝐴·𝐶𝑟 Il coefficiente di permeabilità P è definito come segue 𝑃= ℎ La diffusione passiva è un processo non saturabile; vd non dipende solo dalle caratteristiche della molecola ma anche dalle caratteristiche delle membrane Cut-off intestinale Fattori che influenzano la diffusione passiva Caso 2 → Diffusione di elettroliti Gli elettroliti forti sono sostanze sempre dissociate (o ionizzate) e quindi dotate di carica + o -, che non possono mai diffondere passivamente. Gli elettroliti deboli sono sostanze che in soluzione sono presenti sia in forma ionizzata che non ionizzata e quindi, in funzione del loro pKa e del pH del mezzo, possono anche diffondere passivamente. Le membrane sono permeabili alle forme non-ionizzate dei farmaci, dotate di maggior lipofilia rispetto alle forme ionizzate. Perciò un elettrolita debole può diffondere attraverso la membrana solamente nella sua forma non ionizzata NI. 8 Per gli elettroliti deboli vale la legge di Fick modificata vd = P*ΔCNI , dove CNI = [F] in forma non ionizzata. Di conseguenza la velocità di diffusione dipende dalla concentrazione soltanto del soluto non ionizzato. Il grado di ionizzazione di un acido o di una base dipende dal suo pKa e dal pH del mezzo ove la sostanza è disciolta. L’equazione di Henderson – Hasselbalch dice che il grado di ionizzazione di un elettrolita debole dipende dalla sua pKa e dal pH della soluzione in cui si trova acidi → pH = pKa + log [I]/[NI] basi → pH = pKa + log [NI]/[I] log(1) = 0 quando pH = pKa → elettrolita ionizzato al 50% (metà in forma dissociata, metà in forma non dissociata) Quest’equazione permette quindi di calcolare rapidamente la % di elettrolita ionizzato ad ogni pH e quindi il valore di CNI. Esempi di calcolo della ionizzazione di un elettrolita acido o basico a seconda del pH del mezzo. I e NI indicano la forma ionizzata e non ionizzata, rispettivamente, dell'elettrolita. Dimostra il rapporto fra frazione dissociata e non al variare del pH, come base o acidi. All’equilibrio la Ctot del farmaco F sarà diversa nei 2 compartimenti: un farmaco acido sarà concentrato nel compartimento a pH più elevato. Questo fenomeno prende il nome di intrappolamento ionico: all’equilibrio la [F] è maggiore dal lato in cui più elevato è il grado di ionizzazione dell’elettrolita. L’intrappolamento ionico è un meccanismo che permette di eliminare i farmaci attraverso i processi di escrezione: in alcuni tipi di intossicazione, infatti, è possibile modificare il pH delle urine, al fine di spostare l’equilibrio chimici fra le due forme I e NI. Inoltre si può modificare, anche se solo leggermente, il pH del sangue, con l'obiettivo di rimuovere delle sostanze dal SNC: creando un gradiente di pH, si sposta la sostanza in questo modo: SNC → circolazione sistemica → urine 9  Un esempio per dimostrare il significato dell'equazione di Henderson-Hasselbach Caso A → farmaco acido, pKa= 7.4 Il farmaco acido, nel plasma a pH 7.4, è dissociato al 50% (50% NI - 50% I), mentre nel latte materno, a pH 6.4 (il pH è più acido di un’unità), la forma non ionizzata è prevalente, in rapporto 10:1 (90,91% NI - 9,09% I). Le due forme NI (NIplasma e NIlatte) sono in equilibrio fra loro (50% plasma - 50% latte), ma la quantità totale del farmaco nel latte (in ambiente più acido) è minore rispetto alla quantità totale di farmaco nel plasma (200plasma - 110latte). Assumendo un farmaco acido, la quantità capace di giungere nel latte materno non è molto alta, di conseguenza gli effetti tossici in caso di allattamento sono minori. Caso B → farmaco basico, pKa =7.4 Anche in questo caso c’è un equilibrio fra le forme non dissociate NI (50%plasma - 50%latte), ma l’equilibrio tra forma I e NI è diverso (90,91% I - 9,09% NI). La quantità totale del farmaco nel latte (in ambiente più acido) è maggiore rispetto alla quantità totale di farmaco nel plasma (200plasma - 1100latte). Filtrazione attraverso i pori È il passaggio di farmaci attraverso pori al seguito di flusso acquoso dovuto alla differenza di pressione idrostatica ed osmotica. I pori idrofili (4Å - 30Å) sono abbastanza piccoli ed è difficile che i farmaci riescano ad entrare nelle cellule attraverso questo meccanismo; sono formati dalle proteine transmembrana acquaporine, che generano cavità ove sono esposti residui aminoacidici carichi. Le acquaporine sono troppo piccole perché avvenga la filtrazione di farmaci, pertanto questo processo ha rilevanza farmacologica solo quando avviene attraverso la parete capillare (giunzioni intracellulari). Di conseguenza soltanto la filtrazione paracellulare permette il passaggio dei farmaci. Tipologie di capillari I capillari sono funzionali agli organi1 in cui sono presenti. Ne esistono tre tipologie. 1. Capillari continui: le cellule sono molto vicine, anche se sono presenti piccoli spazi attraverso cui possono passare molecole piccole (circa 1000 Da); rappresentano la maggiore frazione di capillari. 2. Capillari fenestrati: le cellule sono più distanziate e il passaggio è permesso anche molecole più grandi. Sono particolarmente presenti a livello del glomerulo renale, dove avviene la filtrazione renale, e nelle ghiandole esocrine ed endocrine, in quanto producono 1 a livello delle tight junctions non avviene filtrazione paracellulare: le uniche vie di accesso/uscita sono i trasportatori o la diffusione; 10  ormoni che devono uscire per la loro funzionalità (l'uscita degli ormoni dalle ghiandole deve essere infatti facilitata; nel caso delle ghiandole, tuttavia, i capillari sono spesso parzialmente occlusi da materiale mucopolisaccaridico. 3. Capillari discontinui: permettono l’uscita di molecole molto grandi, anche proteine o intere cellule. Sono presenti negli organi del sistema reticoloendoteliale, come fegato, milza, organi linfatici e midollo osseo (da cui escono i pre-linfociti). La facilit di uscita da questi organi ha però lo svantaggio di una maggiore tossicità, a causa della facilità con cui è ovviamente anche possibile entrare (vedi chemioterapici antineoplastici che spesso causano tossicità a livello di questi organi). I processi mediati da filtrazione sono: 1. Assorbimento dopo somministrazione intramuscolare o sottocutanea: un esempio è l’insulina, che può essere somministrata come esamero stabile di dimensioni elevate (insulina a rilascio prolungato) 2. Distribuzione dal plasma ai fluidi extracellulari (escluso SNC, a causa della barriera ematoencefalica, EEB) 3. Escrezione renale È un processo non saturativo e unidirezionale che segue le leggi della diffusione; quantitativamente è meno importante della diffusione passiva, a parte nel caso dell’escrezione renale, in cui ha un ruolo importante. La velocità è proporzionale a: - coefficiente di diffusione - area di sezione e numero dei pori - gradiente elettrochimico - differenza di concentrazione Trasporto di membrana È il passaggio attraverso la membrana di uno xenobiotico grazie all’aiuto di una proteina trasportatrice. I trasportatori sono proteine integrali di membrana che, in seguito a legame con il substrato, subiscono un cambiamento conformazionale che fa traslocare il substrato dall’altro lato della membrana. Si distinguono: - trasporto passivo, in cui il trasportatore facilita o permette il passaggio (diffusione facilitata) - trasporto attivo, che richiede energia ed è orientato (solitamente verso fuori o verso gli organelli in modo da liberare il citoplasma da molecole Sono entrambi saturabili, in quanto c’è un nr definito di trasportatori, tuttavia in condizioni fisiologiche è difficile che questi processi vadano incontro a saturazione , sono virtualmente saturabili, ma si lavora a concentrazioni fisiologiche abb lontane da quelle → seguono quindi cinetiche di ordine 1 (vale anche per gli enzimi del metabolismo) 11 Le funzioni dei trasportatori sono: 1. Permettere l’entrata di sostanze idrofile essenziali per il funzionamento cellulare. 2. Permettere l’uscita dalla cellula dei metaboliti idrofili di endobiotici e xenobiotici; sono per esempio presenti nel fegato, dove gli enzimi epatici metabolizzano molecole estremamente lipofile rendendole più idrofile, per evitare accumulo, anche a livello del tessuto adiposo.. 3. Prevenire l’accumulo nell’organismo di xenobiotici lipofili, contrastando l’ingresso o favorendone l’escrezione; questo può avvenire anche in modo diretto, grazie alla presenza di trasportatori sulla membrana epiteliale dell’intestino (glicoproteina P). Il trasporto attivo è un processo orientato contro gradiente, saturabile e che richiede energia. Si distinguono: - trasporto attivo primario, se utilizza energia chimica e lavora contro gradiente di concentrazione, sfruttano ATP per avere energia; esempio a livello intestinale, il glucosio viene sempre assorbito in quanto il suo trasporto è regolato da un trasportatore attivo - trasporto attivo secondario, se utilizza un gradiente elettrochimico creato da un trasportatore primario il trasporto passivo è un processo non contro gradiente, non orientato e saturabile. Avviene secondo un gradiente elettrochimico. di tipo P sono le pompe esempio Na/k, di tipo F ad esempio pompe protoniche presenti nei mitocondri, es. acidifico organelli che sono già più acidi del citosol, abc trasportano xenobiotici (non solo, anche molecole endogene, quindi hanno funzione fisiologica) e sono di tre tipi cotrasporto → esempio trasportatori slc (solute carriers transportes), ricavano energia necessaria per trasportare una molecola contro gradiente, usando l’energia liberata dal trasporto di un’altra molecola secondo gradiente, quindi sfrutto un trasporto secondo gradiente per trasportarne un altro; antiporto sono gli scambiatori Trasporto passivo - processo non orientato: dipende dalla differenza di concentrazione, che può variare - non contro gradiente - specificità sterica: non passa tutto, ci deve essere un certo grado di riconoscimento; esempio alcuni trasportatori (es. AA) vengono sfruttati anche da farmaci per essere trasportati, es ACE inibitori che sono in grado di utilizzare i trasportatori per gli aminoacidi, che riconosce la struttura simil-peptidica; caffeina usa il trasportatore per i nucleosidi; - saturabile - inibizione competitiva 12 Il trasporto passivo in farmacocinetica agisce nelle fasi di assorbimento (intestino, ACE inibitori e caffeina), distribuzione (barriera BEE), eliminazione (uscita metaboliti idrofili dall’epatocita; entrata ed uscita metaboliti dalle cellule tubulari renali). 𝑉𝑚𝑎𝑥· ∆𝐶 𝑣 = 𝐾𝑚+ ∆𝐶 Esempio: riboflavina e tiamina nell’intestino; levodopa BEE esempio trasportatore del glucosio GLUT1 dall’esterno al citosol, ma anche nell’altra direzione nel caso delle cellule in cui avviene la glicogenolisi (tessuto adiposo, fegato) Trasporto attivo - processo orientato, contro gradiente - richiede energia - specificità sterica → non sempre troppa, per gli xenobiotici è meno accurato, perché altrimenti sarebbe necessario avere troppe isoforme di uno stesso enzima/trasportatore - processo saturabile - inibizione competitiva: se due molecole che usano lo stesso trasportatore sono presenti, possono competere e passa chi ha l’affinità maggiore (può essere un motivo di interazione farmacologica) 𝑉𝑚𝑎𝑥· 𝐶 𝑣 = 𝐾𝑚+ 𝐶 è un’equazione di michaelis-menten Nel trasporto attivo primario, il trasportatore utilizza energia chimica o elettrochimica per dare origine ad un gradiente chimico o elettrochimico. 1. ATPasi di tipo P (pompa Na+/K+ e pompa del Ca2+) 2. ATPasi di tipo F (pompa protonica mitocondriale) 13  3. Trasportatori ABC: ATP-binding cassette (coinvolti nel trasporto dei farmaci), è in grado di legare ATP e lo idrolizzano ad ADP e in questo modo si ricava l'energia per effettuare il trasporto Nel trasporto attivo secondario, il trasportatore converte un gradiente elettrochimico generato da un trasportatore primario nel gradiente di un altro soluto. Un soluto viene trasportato contro gradiente di concentrazione insieme ad un altro che è invece trasportato secondo gradiente (cotrasportatori o scambiatori): - simporto → soluti veicolati nella stessa direzione - antiporto → soluti veicolati in direzioni opposte La caratteristica principale del trasporto è la saturabilità. Classificazione dei trasportatori di farmaci Esistono due superfamiglie, ABC e SLC Superfamiglia ABC (49 geni, 7 famiglie): sono trasportatori primari (utilizzano ATP) e trasportano secondo la direzione citoplasma → esterno o citoplasma → interno degli organelli subcellulari (lisosomi). Sono costituiti da almeno due domini inseriti nella membrana e due domini citoplasmatici e usano ATP.Si differenziano per la tipologia di soluti trasportati. Glicoproteina P (MDR1 - multi drug resistance 1) → Specificità: sostanze con PM ≥ 500 Da (di conseguenza sopra questo valore di PM è difficile passare BEE), lipofile neutre o anfipatiche basiche. È costituita da due domini transmembrana formati ognuno da 6 segmenti transmembrana ed è presente NBD che lega ATP. È stata identificata nelle cellule tumorali: alcuni tumori resistono ai chemioterapici (cercano di entrare nel nucleo per bersagliarlo, ma vengono intercettati ed espulsi). Trasporta soltanto xenobiotici e l’unico ruolo fisiologico è di difesa, soprattutto a livello della BEE (un ratto che ne è privo sopravvive normalmente). È presente anche nell’intestino: ad esempio il principio attivo dell’imodium (antidiarroico), loperamide, è un oppioide, ma grazie alla presenza della glicoproteina G rimane solo a livello intestinale dove agisce. Gli inibitori si legano, non vengono trasportati e bloccano il trasporto di altre sostanze; questo può causare interazione tra farmaci. Funzioni della glicoproteina P (1) Limita l'assorbimento a livello intestinale, riversando xenobiotici nel lume intestinale. (2) Limita la distribuzione a livello delle cellule endoteliali, in modo da proteggere gli organi che necessitano protezione, come cervello, testicoli, placenta. barriera ematoencefalica ha funzione di barriera; la placenta non è una barriera e la funzione principale è nutrire non impedire, l’effetto barriera quindi è meno efficace. barriera ematotesticolare è invece barriera. alcuni farmaci riescono comunque a non raggiungere il feto grazie alla placenta (= sicuri in gravidanza). anche alcune cellule del sangue presentano la glicoproteina P → concentrazione plasmatica in funzione del t. conc ematica e plasmatica sono diverse, è necessario centrifugare in modo da mantenere solo il plasma non sulla componente cellulare → se dei farmaci si accumulano nelle cellule non sono disponibili, non sono farmaci liberi → e a volte la differenza fra questi conc è molto diversa e quella che devo usare è plasmatica. 14  (3) Permette l’eliminazione attiva, che avviene a livello del rene, attraverso il trasporto al lume tubulare, nell’ultrafiltrato, e l’eliminazione tramite le urine, e a livello degli epatociti (bile → cistifellea → feci/riassorbimento a livello intestinale). MRP2 → Localizzazione: simile a quella della Pgp. Ruolo importante nel fegato (trasporta la qualcosa , se non va si sviluppa una patologia, la sindrome di ….. non è grave e non richiede trattamento, si risolve spontaneamnete; è cmq un difetto di un trasportatore ABC. Specificità: sostanze con PM ≥ 500 Da, anfipatiche acide, perché così copriamo tutto. ha un significato fisiologico, due domini a 6 segmenti transmembrana + 1 a 5 segmenti con 2 cassette che legano ATP. BCRP (Breast cancer resistance protein)→ Localizzazione: simile a quella della Pgp. Unico trasportatore ABC presente nella mammella. Specificità: sostanze con PM ≥ 500 Da, lipofile neutre o anfipatiche basiche o acide. identificata nelle cellule tumorali, responsabile di meccanismo di resistenza ai farmaci usati per. unico presente nella mammella ma anche in altri organi. trasporta di tutto. ruolo: trasporta verso il latte materno alcune sostanze anche nutritive (riboflavina), ma negativo anche i farmaci; non è detto che protegge il lattante; inoltre il latte è via di escrezione per la donna, e quindi permette di eliminare qualcosa, non ha solo ruolo di nutrire. lo stesso vale per noi se beviamo latte di mucca (es. antibiotici). Superfamiglia SLC (52 famiglie, circa 400 trasportatori) → tanti geni e tante proteine diverse SLC = solute carriers, trasportatori di soluti (sia endogeni che xenobiotici) Questi trasportatori operano per trasporto passivo (diffusione facilitata) o trasporto attivo secondario (sfruttando un trasporto secondo gradiente); di conseguenza non usano ATP. Possono essere sia scambiatori che cotrasportatori. È una superfamiglia molto ampia e circa il 30% sono trasportatori orfani: ciò significa che non abbiamo ancora identificato le sostanze endogene che trasportano fisiologicamente. Ne vediamo quattro famiglie, che sono quelle più rilevanti per quanto riguarda il trasporto di farmaci 1. Famiglia SLC21/SLCO: codifica trasportatori OATP (OA = organic anions), trasportatori di anioni, carichi negativamente. 2. Famiglia SLC22: codifica trasportatori OCT (OC = organic cations), OCTN, OAT, trasportatori di cationi, carichi positivamente. 3. Famiglia SLC47: codifica trasportatori MATE (multidrug and toxin extrusion), trasporta cationi; tendono a escludere le sostanze dalla cellula, perciò non lavora in entrambe le direzioni. 15  4. Famiglia SLC15: codifica trasportatori PEPT (peptide transporters), trasporta di- e tri-peptidi e non singoli aminoacidi. Questo trasportatore viene ingannato dagli ACE inibitori (sono stati disegnati a partire da alcune tossine capaci di usare questi trasportatori). Un esempio di OATP - gene ATP1B1 Questo gene codifica per una proteina capace di trasportare le statine (farmaci ipocolesterolemizzanti), responsabile della captazione epatica delle statine: permette l'entrata delle statine nel fegato e negli epatociti, su cui il trasportatore è molto espresso. Le statine vengono assorbite molto bene a livello intestinale, ma hanno una biodisponibilità bassissima e di conseguenza non arrivano nella circolazione sistemica in modo abbondante: dall’intestino raggiungono il fegato grazie a questo trasportatore. Poiché il fegato è il target delle statine, la bassa biodisponibilità è funzionale alla loro attività. Endocitosi Il trasporto vescicolare è diventato importante e soprattutto negli ultimi anni, con la produzione di farmaci protesi, troppo grandi per entrare nella cellula attraverso gli altri meccanismi. L'endocitosi comincia con un’invaginazione di membrana, in modo da formare una vescicola endocitica (endosoma). A questo punto l’endosoma può prendere diverse vie. (1) l’endosoma può essere riciclato (tornare in membrana) dalla stessa parte da cui è entrato, portando all’espulsione di ciò che era stato inglobato (2) può migrare nel lisosoma in cui la molecola inglobata viene degradata (3) può avvenire la transcitosi, ovvero il trasferimento di macromolecole attraverso cellule. Attraverso questo meccanismo, avviene il passaggio di anticorpi durante la gravidanza: le IgG entrano nel circolo fetale e rimangono nel neonato per circa 6 settimane (durata di vita delle immunoglobuline). A circa 8 settimane, il neonato può iniziare il ciclo vaccinale. Inoltre, durante l’allattamento possono passare IgA, al fine di favorire lo sviluppo dell'immunità: le immunoglobuline riescono ad arrivare all’intestino dove possono essere endocitate2. Per transcitosi possono muoversi anche i vaccini per via orale o le tossine. Meccanismi di endocitosi Fagocitosi/Macropinocitosi: si differenzia dall’endocitosi mediata da proteine. La membrana si alza attraverso un gran cambiamento strutturale, attraverso il movimento dei filamenti di actina; avviene con materiale solido o fluido; è un meccanismo tipico di cellule come macrofagi, cellule presentanti l’antigene, cellule dendritiche. Endocitosi mediata da proteine: clatrina e caveolina sono proteine che servono alla costruzione dell'endosoma. Questi processi sono mediati da recettori: la cellula interiorizza solo ciò che può essere riconosciuto da un recettore. Gli endosomi di clatrina sono grandi e si formano soprattutto negli epiteli. Gli endosomi di caveolina sono più piccoli e sono tipici dell’endotelio: nei vasi si formano quindi i caveosomi. 2 Alcuni studi recenti hanno svalidato quest’ipotesi, in quanto gli anticorpi riuscirebbero a proteggere a livello locale, anche senza la transcitosi e il passaggio. 16 Attraverso questi processi entrano anticorpi, coniugati farmaco-anticorpo: questo processo è tipico di alcuni antitumorali capaci di riconoscere la cellula tumorale attraverso dei recettori; in seguito entrano nella cellula e, se diretti verso il lisosoma, l’anticorpo viene eliminato e il farmaco citotossico può essere liberato per agire. 17  Capitolo 3 - Assorbimento L’assorbimento è il processo di passaggio del farmaco dal sito di somministrazione alla circolazione sistemica o il superamento della barriera anatomica che divide il sito di somministrazione alla circolazione sistemica. In via endovenosa, non c’è assorbimento, perché il farmaco viene messo direttamente nel torrente circolatorio: è l’unica via in cui posso sapere esattamente la quantità di farmaco somministrata → con le altre vie conosco soltanto la biodisponibilità. È normale aspettarsi una variabilità farmacocinetica: la dose standard somministrata è pensata per l’adulto di 70 kg e non è detto che sia corretta per tutti: alcuni farmaci, soprattutto oncologici, hanno dosi calcolate per paziente, secondo peso o superficie corporea (è la migliore). Vie di somministrazione Si dividono tra enterali o parentali, secondo il passaggio o meno attraverso l’intestino. Vie enterali: - via orale: prevede la deglutizione; - via buccale: posizionamento della compressa nella tasca vicino all guancia; - via sublinguale: posizionamento sotto la lingua; - via rettale Le vie parenterali possono essere artificiali o naturali. Vie parenterali artificiali: - via intramuscolare: l’iniezione è più profonda e raggiunge lo strato muscolare; se è necessario somministrare grandi volumi, di fa nel gluteo, che è difficile raggiungere da soli → difficile autosomministrazione; - via sottocutanea: l’iniezione è più superficiale; è una via molto interessante dal punto di vista tecnologico; es. penne, prevedono l’autosomministrazione; - via endovenosa Vie parenterali naturali → non hanno bisogno di un ago Nel caso delle vie transmucose, il farmaco viene posizionato in una cavità naturale: - via polmonare: si sfrutta il naso per raggiungere le parti più basse dell'apparato respiratorio e si può usare anche per l’uso sistemico; - via intraoculare: usata soprattutto a scopo topico, in quanto permette poco assorbimento sistemico; - via intranasale: presenta l’unico epitelio in diretto contatto con il SNC; - via intranasale/intrauterina: usata soprattutto per anticoncezionali (anello vaginale o spirale medicata) e per infezioni batteriche e fungine locali; La via transcutanea viene usata per cerotti che rilasciano farmaci per uso sistemico come il cerotto di nicotina, alcuni anticoncezionali, c. di scopolamina: non hanno effetto locale, permettono di abbassare la Cmax e ottenere un rilascio prolungato. Nel caso delle vie invasive artificiali, il farmaco deve superare una sola barriera, l’endotelio, mentre per le altre vie bisogna superare un doppio strato, endotelio ed epitelio: questo è il motivo per cui le vie parenterali artificiali sono più veloci. Anche, la via polmonare è abbastanza veloce. 18 Via orale È la via migliore per il paziente, ma la più complessa da descrivere. Dopo che il farmaco è stato deglutito, l’assorbimento avviene principalmente a livello intestinale e solo parzialmente nello stomaco. L’assorbimento dipende da tre fattori: 1. Caratteristiche chimico-fisiche del farmaco (lipofilia, idrofilia, ionizzazione) 2. Caratteristiche anatomo-fisiologiche dell’apparato digerente (alcune sono fisse , altre sono individuali e hanno impatto sull'assorbimento intestinale) 3. Caratteristiche della preparazione farmaceutica Caratteristiche chimico-fisiche Coefficiente di ripartizione Il coefficiente di ripartizione deve essere elevato ma non troppo, altrimenti tende ad aggregare e formare aggregati insolubili che precipitano nel lume intestinale e non sono assorbibili per diffusione passiva. pKa Solo elettroliti deboli vengono assorbiti e nello stomaco vengono assorbiti solo acidi (presenti nella forma indissociata). Nell’intestino vengono assorbiti sia basi che acidi e tutti e due in misura maggiore che nello stomaco. In alcune zone si preferisce l’assorbimento delle basi. Ricorda che la sede principale dell’assorbimento è l’intestino! Ci sono però sostanze che in una certa piccola percentuale viene assorbita a livello gastrico. Si noti che nella legge di Fick rientra la dimensione della superficie assorbente. 19 Caratteristiche anatomo-fisiologiche Superficie assorbente Presenza di trasportatori Nell’intestino ci sono tanti trasportatori. 1. Per aminoacidi: fisiologicamente trasportano gli aa assunti con la dieta; es. sfruttato da Levodopa (terapia del Parkinson), che ha struttura simil-amminocidica; 2. Per nucleosidi: es. sfruttati dalla caffeina; 3. OCTN1 e 2, per cationi organici; es. sfruttato da carnitina; 4. PEPT1, per di- e tri-peptidi; es. è sfruttato dagli ACE-inibitori (antipertensivi), che vengono assunti per via orale e mimano la struttura dei piccoli peptidi 5. OATP, trasporta anioni organici e media l’assorbimento di sostanze sia acide che basiche 6. DMT1, per il Fe2+ (una delle problematiche legate all’assunzione orale degli integratori a base di ferro è che il suo assorbimento non è completo perché questo trasportatore non è sufficientemente espresso a livello intestinale) Nel senso dell’espulsione: 1. Glicoproteina P: è stata scoperta proprio sulla membrana delle cellule tumorali. Riconosce farmaci citotossici come Paclitaxel e alcaloidi della vinca. Questo riconoscimento è importante dal punto di vista farmacodinamico (resistenza ai farmaci) e farmacocinetico (biodisponibilità ridotta). Infatti gli antitumorali vengono generalmente somministrati endovena. Nel 2019 è stato fatto uno studio clinico che prevedeva la somministrazione di Paclitaxel abbinato a un inibitore della glicoproteina P. Si è arrivati alla fase 3 con dati buoni ma non si è ancora soppiantata la somministrazione EV. L’assunzione per via orale avrebbe il vantaggio di migliorare l’aderenza alla terapia. Inoltre mentre un farmaco citotossico assunto per via endovena è libero di raggiungere tutte le cellule, con una somministrazione orale si ridurrebbero gli effetti collaterali. 2. MRP2 3. BCRP Transcitosi Assorbite sia proteine fisiologiche che estranee. È sfruttata dai vaccini che assumiamo per via orale, ad esempio il vaccino contro il tifo: nell’intestino ci sono le cellule M che sono localizzate in alcune particolari sedi intestinali chiamate placche del Peyer (organi linfatici secondari in cui avviene la maturazione di alcuni linfociti). Quando assumiamo un vaccino per via orale gli antigeni vengono assorbiti per transcitosi e poi trasportati a cellule dendritiche (APC), che li riespongono sulla loro superficie. I linfociti vengono educati a riconoscere come not-self l’antigene portato col vaccino. 20 Le cellule M hanno una funzione fisiologica importante: insegnare alle cellule del sistema immunitario della zona sottomucosa dell’intestino cosa è self e cosa no, con l’opportuna tolleranza, ad esempio nei confronti del microbiota intestinale (non vengono generati anticorpi contro i microrganismi della flora intestinale). Motilità gastrointestinale La motilità GI influenza l’assorbimento dei farmaci: la motilità gastrica influenza solo la velocità dell’assorbimento, mentre la motilità intestinale influenza solo l’entità dell’assorbimento. Stato di replezione La presenza di cibo ritarda l’assorbimento per diluizione del farmaco e può diminuire l’entità dell’assorbimento per interazioni chimico-fisiche. Il tempo per passare da stomaco a duodeno è tra 20 e 60 minuti: la differenza la fa il contenuto dello stomaco. A stomaco pieno (3 portate) il tempo per lo svuotamento è aumentato. Un effetto rapido e particolarmente intenso ci porta a pensare che l’assunzione a stomaco vuoto sia da preferire, ovviamente però vanno considerate eventuali caratteristiche gastrolesive del farmaco. Anche la composizione del pasto può incidere sull’assorbimento: ad esempio, pasti ricchi di grassi aumentano l’assorbimento di farmaci con Cr eccessivamente elevato. Nell’immagine: ◦ → A stomaco vuoto → Dopo un pasto □ → Latticini / Lipidi → Diclofenac (FANS) e cibo Il pasto ritarda l’assorbimento e riduce il picco. Se lo assumo per un dolore acuto noto che a stomaco vuoto ho azione maggiore e più rapida. È altrettanto vero che i FANS sono tossici sullo stomaco quindi non è il caso di prenderli a stomaco vuoto. → Norfloxacina (antibiotico) e latticini Nel latte c’è lo ione calcio, che può formare complessi insolubili con alcune molecole tra cui la norfloxacina. Con latticini si ha riduzione della concentrazione plasmatica, della biodisponibilità perché il calcio presente negli alimenti caseari reagisce con la norfloxacina facendola precipitare. → Ciclosporina (immunosoppressore) e cibo ricco di lipidi Con pasto ricco di lipidi aumenta l’assorbimento. Questa scoperta accidentale ha aperto la strada alle formulazioni a base lipidica (es. liposomi) che hanno lo scopo di aumentare la biodisponibilità dei farmaci. I lipidi stimolano il rilascio degli acidi biliari. La bile è emulsionante, scioglie i grassi (e le molecole lipofile) e aumenta e facilita il loro assorbimento attraverso la parete intestinale. Preparazioni particolari Preparazioni gastroresistenti: alcuni farmaci sono lesivi per la mucosa gastrica. La tecnologia permette di realizzare formulazioni gastroresistenti, che sono utili sia per la protezione dello stomaco (minimizzano irritazione gastrica, nausea e vomito) che per quella delle molecole acido labili. Una formulazione gastroresistente permette a una molecola di arrivare intatta all’intestino. 1. Prevenire l’inattivazione gastrica 2. Minimizzare irritazione gastrica, nausea e vomito 3. Liberare in elevata concentrazione il farmaco nell’intestino 21 Preparazioni a cessione controllata: cessione lenta e graduale del principio attivo. Servono ad aumentare l’aderenza del paziente alla terapia perché permettono di ridurre le somministrazioni, di evitare picchi di concentrazione che espongono a reazioni avverse e di mantenere concentrazioni costanti. 1. Ridurre il numero di somministrazioni, per aumentare l’aderenza 2. Mantenere una concentrazione plasmatica costante 3. Ridurre la tossicità da picco, per diminuzione della fluttuazione delle concentrazioni Un profarmaco è un composto inattivo che viene trasformato in principio farmacologicamente attivo dopo somministrazione (per modificazione enzimatica o chimica). Sono quindi nuove entità chimiche messe a punto per superare le limitazioni farmacocinetiche di certi farmaci. Vi si ricorre quando la tecnologia farmaceutica non è sufficiente. Alcune molecole hanno caratteristiche farmacocinetiche (più spesso) o farmacodinamiche che le rendono utilizzabili come farmaci: una soluzione è legarle covalentemente a gruppi funzionali (si genera una nuova molecola) che aiutano a superare la barriera. Dopo assorbimento il profarmaco viene scisso liberando la molecola attiva. Primo esempio: Prontosil rosso → sulfanilamide Secondo esempio: Nitroglicerina Vantaggi dei profarmaci Farmaceutici 1. Rendere chimicamente stabile una sostanza instabile 2. Rendere idrosolubile, e quindi iniettabile, un farmaco insolubile Terapeutici 1. Ridurre gli effetti avversi (es. irritazione gastrica) 2. Correggere un cattivo sapore (utile in età pediatrica) Farmacocinetici 1. Aumentare l’assorbimento dei farmaci poco liposolubili 22 Esempi (A) Profarmaci di antibiotici: gli antibiotici trovano nell’intestino un sacco di batteri. Potrebbero creare problemi al microbiota con conseguente diarrea. Con il profarmaco ho il vantaggio di avere liberazione dell’antibiotico solo dopo assorbimento intestinale. Ampicillina ha un -H come sostituente e può determinare problemi gastrointestinali dovute all’attività della microflora intestinale. La chimica farmaceutica ha ben pensato di sostituire -H con altre porzioni molecolari in modo da permettere la scissione e la liberazione dell’ampicillina solo dopo l'avvenuto assorbimento attraverso gli enterociti. In questo modo si favorisce l’assorbimento e si limita la tossicità. (B) Profarmaco per un antipertensivo: Entapril è ACE-inibitore. ACE (Angiotensin Converting Enzyme) converte l’angiotensina I in angiotensina II, impedendolo evito l’innalzamento della pressione sanguigna. Il responsabile dell’azione antipertensiva in realtà è l’acido enalaprilico (con il -COOH libero) che però viene assorbito nel colon solo per circa il 10% della dose e dunque la somministrazione per via orale non è ideale. Considerando che la terapia antipertensiva è cronica (dura tutta la vita) ed è quindi preferibile che sia per via orale, si è pensato di produrre l’estere, che ha un assorbimento intestinale del 65-70%. Con un gruppo etilico il cambiamento è pazzesco ed Enapril è uno dei farmaci più usati nella terapia dell’ipertensione. (C) Sofosbuvir: il principio attivo è un trifosfato altamente instabile tanto che se facciamo una farmacocinetica nel sangue riusciamo a dosare sofosbuvir e il metabolita inattivo ma il trifosfato non è mai dosabile nel plasma. Quindi si forma nell'epatocita ma poi se ne va. Si è visto, tramite esami su topo, che non si riesce neanche ad usare il sofosbuvir nel plasma ma solo il metabolita attivo, perché attività esterasica nel plasma del ratto è così veloce che il farmaco sparisce subito e trasformato subito in metabolita attivo. Neanche traccia nel plasma perché bersaglio subito delle esterasi. 2. Consentire l’accesso al sito d’azione → Un esempio classico di siti d’azione difficili da raggiungere sono quelli dentro il SNC perché è richiesto l'attraversamento della BEE. È stato osservato che il morbo di Parkinson è caratterizzato da un deficit di dopamina nei gangli della base. Si pensò inizialmente di somministrare dopamina ma non si ebbero miglioramenti. Si è capito che la dopamina non era in grado di passare la BEE, infatti non è particolarmente lipofila. È stata quindi prodotta la Levodopa, più lipofila, più stabile e in grado di attraversare la BEE: dopo averla superata, viene decarbossilata a dopamina e esplica la sua funzione. 3. Prevenire la degradazione nell’ambiente gastrico → un classico esempio è l’eritromicina (antibiotico). L’eritromicina viene esterificata oppure salificata. In particolare il sale con acido stearico conferisce una buona resistenza all’acidità dello stomaco. La tecnologia comunque offre una soluzione con le preparazioni gastroresistenti. 4. Attivare il farmaco al sito d’azione → L’acido 5-ASA (5-aminosalicilico) è molecola con proprietà antinfiammatorie che usiamo per patologie croniche dell'intestino, come il morbo di Crohn. Non viene assorbito quindi va bene per patologie intestinali. Non è una gran molecola dal punto di vista della stabilità: se somministrato come tale, si perde nel tratto digerente e arriva poco al sito d’azione. Si è tentato 23  di risolvere il problema con due approcci. Si è prodotta la Sulfasalazina, che nell'interno viene scissa in Sulfapiridina e acido 5-aminosalicilico. Per ogni molecola di Sulfasalazina si ottiene una molecola di acido 5-ASA e una molecola di sulfapiridina, che ha attività antibatterica. Ci si è accorti però che non sempre la composizione della microflora intestinale variava in modo positivo, in alcuni casi si avevano effetti negativi. Si è quindi creata l’Olsalazina, da cui si producono due molecole di 5-ASA e non si ha più il problema della produzione di Sulfapiridina. 5. Prolungare l’azione di un farmaco rapidamente eliminato → La Terbutalina è agonista dei recettori β2 adrenergici usato come broncodilatatore nella terapia dell’asma. La terbutalina ha emivita di eliminazione estremamente breve. Per avere un effetto continuativo nell’arco della giornata va somministrata tre volte al giorno, ogni 8h. Si è pensato di modificarla aggiungendo una porzione per creare il Bambuterolo, farmaco utilizzabile con una sola somministrazione giornaliera, con profilo di efficacia e tossicità simile a quello della Terbutalina. Potenziale svantaggio dei profarmaci → Eccessiva variabilità di effetto quando l’attivazione è dovuta ad un enzima polimorfo. Nella popolazione la maggior parte di individui ha un metabolismo normale e sono detti metabolizzatori rapidi. Alcuni individui hanno polimorfismi metabolici tali per cui la loro attività enzimatica è inferiore (metabolizzatori lenti). Altri individui hanno polimorfismi metabolici che li rendono metabolizzatori ultra rapidi. Se abbiamo un profarmaco che per essere attivato ha bisogno di un enzima che è soggetto a polimorfismo, non sappiamo bene cosa succederà quando lo somministriamo ai pazienti. Il polimorfismo emerge infatti solo con la somministrazione del farmaco. Si rischia di avere un’attivazione troppo veloce (rischio tossicità) o una ridotta attivazione. Un esempio è il Clopidogrel, antiaggregante piastrinico che è profarmaco attivato da un enzima che ha una buona % di polimorfismo nella popolazione. Si deve tener d’occhio il paziente quando si inizia la somministrazione. Se abbiamo a disposizione un’alternativa ugualmente efficace e sicura al profarmaco attivato da un enzima soggetto a polimorfismo, scegliamo quella. La possibilità di polimorfismi è da tener conto nel drug discovery. Biodisponibilità La biodisponibilità di un medicamento rappresenta la frazione di principio attivo somministrato che raggiunge la circolazione sistemica e la rapidità con la quale la raggiunge. Quando somministro un farmaco esso arriva alla circolazione sistemica dopo aver attraversato intestino e fegato. Non basta arrivare alla vena porta, bisogna superare il fegato e arrivare alla circolazione sistemica. Esempio: tre grafici di tre diverse formulazioni (stessa dose) di digossina, inibitore della Na-K ATPasi che si usa nella terapia dello scompenso cardiaco. La digossina ha bisogno di essere formulata bene, in quanto cambia la biodisponibilità. Per avere effetto bisogna superare la MCE (minima concentrazione efficace). La formulazione C fa sì che il farmaco non abbia effetto, è come non averlo assunto. Nei grafici non è segnata la minima concentrazione tossica, che non va raggiunta perché si rischiano effetti avversi gravi. L’intervallo tra MCE e MCT è la finestra terapeutica: - sotto: il farmaco non funziona; - sopra: il farmaco può diventare tossico. Le formulazioni retard garantiscono una concentrazione plasmatica costante nel tempo che stia dentro la finestra terapeutica. Noi non sempre usiamo formulazioni retard, di solito usiamo formulazioni a rilascio immediato. La maggior parte dei farmaci 24 messi in commercio hanno ampia finestra terapeutica ma se la finestra terapeutica è ristretta, bisogna usare formulazioni che permettano un controllo puntuale della concentrazione. Fattori che limitano la biodisponibilità 1. Inattivazione nel lume gastroenterico → Nella maggior parte dei casi si intende nello stomaco, dove l’ambiente acido può causare degradazione chimica. Esiste però anche la possibilità di degradazione enzimatica, ad opera degli enzimi intestinali o della microflora intestinale. Già i nostri corredi enzimatici sono variabili per motivi genetici e ambientali, anche i batteri sono variabili per motivi genetici e ambientali, ecco dunque che le previsioni farmacocinetiche sono difficili. 2. Scarso assorbimento → Ad esempio a causa dei trasportatori ABC, che buttano fuori farmaci che sono riusciti a entrare negli enterociti. Può essere dovuto anche alle caratteristiche chimico-fisiche delle molecole. 3. Metabolismo pre-sistemico nella mucosa intestinale e nel fegato Ricicli 1. Circolo entero-epatico Il farmaco viene assorbito all'interno tenue, entra nella vena mesenterica superiore, passa alla vena porta, che lo porta al fegato. Il farmaco arrivato al fegato può essere: - metabolizzato, intercettato da un trasportatore che trasporta metaboliti, finisce in circolazione sistemica e viene portato al rene; - trasportato da un trasportatore direttamente in circolazione sistemica; - intercettato da trasportatori che lo portano alla bile, che va a localizzarsi nella cistifellea e appena arriva qualcosa all'interno il farmaco torna nell'interno tenue (è un meccanismo per ridurre e ritardare l’assorbimento). 2. Circolo gastro - enterico: intestino → circolazione sistemica → stomaco → intestino Dall’intestino il farmaco arriva alla circolazione sistemica, passa allo stomaco e si ferma lì per intrappolamento ionico, poi passa all’intestino. Ha rilevanza in ambito legale: durante le autopsie si cercano alcune sostanze nel succo gastrico. 3. Circolo entero - salivare (pH 6-6.5): intestino → circolazione sistemica → saliva → intestino Dalla circolazione sistemica il farmaco passa alla saliva e poi nuovamente all’intestino. Si sperava di poter sfruttare questo circolo in ambito farmaceutico: ci sono situazioni in cui abbiamo bisogno di conoscere la concentrazione plasmatica dei farmaci per sapere se è dentro la finestra terapeutica. Chi si occupa di biomarcatori ha avuto l’idea di provare a vedere se lo si poteva fare con un prelievo di saliva (meno invasivo) ma non è stato possibile perché nella saliva la concentrazione è troppo variabile per essere affidabile. 25 Via buccale Non prevede la deglutizione quindi non è soggetta all'effetto di primo passaggio. Il preparato è tenuto sotto la lingua o esternamente alla gengiva e dalla bocca viene assorbito nel cavo orale e passa direttamente nella cava superiore, quindi finisce direttamente in circolazione sistemica, non viene portato nel fegato. Non ha soppiantato la via orale perché solo farmaci molto diffusibili (cioè che passano per diffusione passiva velocemente) e con una bassa biodisponibilità orale sono somministrabili per via buccale. È utile solo per i nitrati (attacchi di angina pectoris; sfruttati da metà Ottocento),alcuni oppiacei come fentanile (terapia del dolore) e buprenorfina, che si usano per terapia del dolore e per trattare la dipendenza da oppioidi). Isosorbide dinitrato si usa per attacchi di angina pectoris. Ha effetto in 2-3 minuti se somministrato per via buccale. Nifedipina si usa per crisi ipertensive ma la disponibilità per via buccale è estremamente bassa. Via rettale Con somministrazione per via rettale l’assorbimento è più lento, a causa dell’assenza di villi, e variabile (breve tempo di permanenza). Teoricamente ho un vantaggio perché solo il 50% del sangue refluo dal retto arriva alla circolazione portale. Nel retto ci sono tre vasi: la vena emorroidaria superiore, che finisce nella circolazione portale, e le due vene emorroidarie media e inferiore, che non vanno alla circolazione portale. Evito per il 50% della dose il passaggio a Raverso il fegato. In realtà si usa poco, solo per pazienti che non collaborano (es. bambini), perché l’assorbimento è molto variabile e non standardizzabile. Via polmonare La profondità a cui arrivano le particelle dipende dalle loro dimensioni: più sono piccole più profondità possono raggiungere; l’obiettivo è raggiungere i polmoni. Si sfrutta a livello locale, ma anche a livello sistemico, soprattutto per molecole abbastanza grandi, come peptidi, che tendono ad essere degradate attraverso la via orale: alcuni studi hanno provato ad utilizzarla per anticorpi monoclonali, ma non ha funzionato; è stata messa in commercio un’insulina, che però è stata ritirata, a causa della difficoltà nella standardizzazione (è più comoda in questo senso la via sottocutanea). Per uso locale, viene ampiamente utilizzata per malattie dell’apparato respiratorio in formulazione aerosol, in quanto consente una buona stabilità, a patto di lavorare sulla dimensione delle particelle (sotto il micron). Inoltre il vantaggio è la velocità, necessaria per casi di broncocostrizione ad esempio, in cui è necessaria una risposta immediata. È utile inoltre anche per sostanze in fase gas a temperatura e pressione ambiente. Via intranasale Utile per farmaci con scarsa biodisponibilità orale, soprattutto: - in presenza di difetti di assorbimento, a causa di troppa o troppo poca lipofilia - molto sensibili all’effetto di primo passaggio. È presente l’epitelio olfattivo, che è direttamente legato al nervo olfattivo ed è in contatto con l’esterno: è l’unica parte del SNC in diretto contatto con l’esterno. 26 È una via caratterizzata da un’elevata vascolarizzazione, importante per l’assorbimento: l’assorbimento è infatti facilitato, anche grazie all’ampia superficie (150 – 180 cm2, ovviamente non paragonabile alla superficie dell’intestino). Il metabolismo presistemico è trascurabile (non assente): sono presenti alcuni enzimi metabolizzanti, in quanto è un punto di accesso all’organismo, ma gli enzimi sono facilmente saturabili per due motivi: 1) la concentrazione enzimatica è abbastanza bassa; 2) i farmaci formulati per questa via di somministrazione sono solitamente in piccoli volumi molto concentrati, tali da saturare quasi immediatamente tutti gli enzimi presenti. Grazie all’epitelio olfattivo , è possibile il passaggio diretto dalla cavità nasale al SNC: è sfruttato per farmaci come i triptani e gli oppiacei: - Triptani: sono farmaci antiemicranici usati per la terapia dell’attacco emicranico, una situazione fortemente invalidante e molto dolorosa, che non risponde per esempio agli oppiacei e che necessita di farmaci che agiscano velocemente. I triptani agiscono sulla via di segnalazione della serotonina e l’uso per via nasale evita nausea e vomito, sintomi associati dell'attacco emicranico. Un’altra via molto usata è quella sottocutanea, che però impedisce l’autosomministrazione. - Oppiacei: sono usati per la terapia del dolore e sfortunatamente anche per alcune sostanze d’abuso, come cocaina ed eroina. La mucosa nasale è anche permeabile a peptidi ed è quindi sfruttata per alcuni oligopeptidi (desmopressina, ossitocina, calcitonina,..), che devono comunque essere abbastanza piccoli (ad esempio non delle dimensioni dell’insulina). Via transdermica/percutanea/transcutanea Questa via permette effetti sistemici prolungati e viene usata per farmaci a breve durata d’azione o a bassa biodisponibilità orale. La forma farmaceutica più utilizzata sono i cerotti a cessione controllata (concentrazione del farmaco che si mantiene nel tempo), ovvero matrici di biopolimeri che intrappolano il farmaco: è un metodo occlusivo che mantiene costante umidità e temperatura. È usata per farmaci attivi a bassa dose, in cui la concentrazione plasmatica deve essere bassa: per questo motivo non sii può somministrare qualsiasi tipo di farmaco. Alcuni esempi 1. Scopolamina: è un anticinetosico (3 die, si tiene 72hr), usato per il mal di movimento; non è un farmaco così sicuro e è perciò meglio usarlo soltanto per viaggi molto lunghi (es. se il volo dura due ore, è meglio prendere una compressa). 2. Nitroglicerina: è un antianginoso preventivo; il cerotto non si usa nel momento di attacco acuto, ma per avere una copertura di forma, in quanto non ha la farmacocinetica adatta. 3. Estrogeni (estradiolo): usato in menopausa, come terapia sostitutiva, o come anticoncezionale. 4. FANS: usati a livello locale, ma non è escluso l’assorbimento sistemico. 5. Fentanile: usato per il dolore paziente oncologico (3 die), ma solo per pazienti particolari non ricoverati, in presenza di vomito o in caso di difficile somministrazione orale. 6. Nicotina: per la disassuefazione da fumo, spesso con dosaggio graduale decrescente. Questa via è molto importante in tossicologia, in quanto alcune sostanze posso entrare a livello della pelle, causando un assorbimento sistemico: - solventi (tetracloruro di carbonio), a causa di un’elevata concentrazione nell’aria; - pesticidi (inibitori irreversibili della colinesterasi). Vie parenterali artificiali Il requisito fondamentale è la sterilità delle preparazioni; inoltre a seconda della via si possono usare anche solventi oleosi, anche se in alcuni casi è necessario quello acquoso. Sono tre: intravascolare (endovenosa e intra-arteriosa), intramuscolare, sottocutanea. 27 Via intravascolare Consente rapidità di intervento, controllo diretto efficacia, in quanto vedo subito cosa accade, e biodisponibilità = 1. Si distingue in endovenosa (vedi dopo) e intra-arteriosa: quest’ultima viene utilizzata per ottenere alte concentrazioni in un organo specifico, ma è una tecnica molto invasiva. Viene usata per esempio nella TACE (chemioembolizzazione transarteriosa), una tecnica che permette di inserire nel fegato, tramite l’arteria epatica, farmaci chemioterapici, come la doxorubicina. Questa tecnica è usata per trattare il carcinoma epatocellulare, in caso di tumore piccolo e localizzato. Via endovenosa Viene utilizzata la vena antecubitale, la succlavia, le vene superficiali della mano o del cuoio capelluto. Ci sono due metodi: - Bolo endovenoso: tutto il farmaco viene somministrato insieme, lentamente in 1-2 minuti: è importante perché è necessario capire come reagisce il paziente (vengono raggiunti subito gli organi vitali). - Infusione continua: è la classica flebo, che permette la somministrazione goccia a goccia; grazie a delle pompe peristaltiche è possibile impostare la velocità. vantaggi svantaggi biodisponibilità = 1 non reversibile rapidità (per emergenze come convulsioni, aritmie, ipertensione, infezioni crisi asmatiche) diluizione di sostanze irritanti (attenzione a quelle limitazione di veicolo irritanti per i vasi) o leggermente ipertoniche solvente oleoso non utilizzabile soluzione ipotonica ⇒ emolisi soluzione ipertonica ⇒ aggregati globuli rossi uso di grandi volumi no autosomministrazione (impossibile in altre vie) controllo del dosaggio per velocità e dose alcuni esempi: farmaci basso I.T. ⇒ pompe per infusione nitroprussiato ⇒ crisi ipertensive ossitocina ⇒ parto La somministrazione deve essere lenta: minimo 1-2 min per: 1. evidenziare effetti tossici acuti 2. evitare concentrazioni eccessive soprattutto per cuore e cervello lidocaina (antiaritmico) → [plasmatica] > 10 mg/L tossica < 2 mg/L efficace diazepam → > 5 mg/min ⇒ precipitazione ⇒ tromboflebiti 28 Via intramuscolare L’iniezione viene fatta nel muscolo gluteo, nel vasto laterale o nel deltoide e l’assorbimento avviene grazie all’endotelio capillare. È usata per sostanze lipofile (diffusione), sostanze idrofile (pori capillari venosi) e macromolecole (sistema linfatico). La biodisponibilità = 1 con assorbimento lento. Veicoli: acquoso → completo 10-30 min oleoso → riassorbimento molto lento, formulato proprio per rallentare la velocità di assorbimento Il flusso sanguigno è variabile sulla base di diversi fattori: 1. sito: deltoide > vasto laterale > gluteo 2. sesso: la velocità fra maschio e femmina è differente, ad es. la somministrazione a livello del gluteo è più lenta nelle femmine, a causa del pannicolo adiposo più spesso. 3. massaggio o esercizio fisico aumenta la velocità di assorbimento, perché promuove il flusso sanguigno attraverso il muscolo I principali vantaggi sono: - la biodisponibilità è molto vicina a quella endovenosa, ma l'assorbimento è più lento. - uso di solventi oleosi - preparazioni deposito: pro-farmaci Ad es. gli esteri precipitano in situ e vanno in soluzione lentamente, dove vengono riattivati dalle esterasi medrossiprogesterone acetato (circa 3 mesi) esteri di antipsicotici (1- 3 settimane) Svantaggi: - ascessi o necrosi (non sterili o irritanti) - dolore (distensione e irritazione), quando si ha distensione muscolare o colpendo un vaso o una terminazione nervosa - lesioni vascolari o nervose (imperizia) Via sottocutanea Avviene attraverso un’iniezione nel tessuto connettivo sottocutaneo e quindi a contatto con capillari ematici e linfatici; fra le vie iniettive è quella più superficiale. Viene fatta nella faccia esterna dell’avambraccio, nella porzione laterale addome (es. eparina) e nella parte anteriore della coscia (es. insulina). In questo caso la velocità assorbimento controllata da: - flusso ematico, quando aumenta aumenta anche l'assorbimento, alta T ha un ruolo, anche attività fisica - estensione superficie assorbente L’assorbimento è simile alla via intramuscolare. I principali vantaggi sono 1. Modificare la velocità di assorbimento: vediamo due esempi. - rallentamento dell’assorbimento (effetto locale): associare un vasocostrittore (adrenalina) con un anestetico permette un’azione mirata al sito di somministrazione dell’anestetico; permette di ridurre gli effetti avversi sistemici. - aumento della velocità d’assorbimento: farmaco + ialuronidasi, che scinde l’acido ialuronico della matrice del tessuto connettivo (ECM) e permette alla soluzione del farmaco di occupare un’area più grande. 2. Forma farmaceutica modifica velocità assorbimento: insulina (+ cristallina + Zn ) 12 → 36 h 3. Preparati a lunga durata impianti sottocutanei terapia ormonale sostitutiva o anticoncezionale, rilascia progestinico forme “ricaricabili” (eparina), uso di dispositivi Svantaggi: dolore, irritazione, necrosi, sono molto rari 29  Capitolo 4 - Distribuzione La distribuzione è il secondo processo della farmacocinetica, ovvero il passaggio del farmaco dal plasma ai tessuti periferici. Per valutare l’entità della distribuzione, bisogna capire quanto i farmaci si legano alle proteine plasmatiche: le principali sono l’albumina e la glicoproteina acida α1 (GAA). Albumina Ha un peso molecolare di circa 67 kDa, è la proteina più abbondante nel plasma (circa 40 g/L) ed è costituita da una singola catena polipeptidica. Presenta carica negativa (-12) a pH fisiologico ed esiste in diverse isoforme. Ha diverse funzioni, come regolare la pressione osmotica nel sangue e trasporta diversi composti endogeni e una varietà di farmaci: lega preferenzialmente acidi deboli ma anche molecole neutre, grazie ai suoi 6 siti di legami. La concentrazione è sempre costante, almeno in assenza di cirrosi epatica: l’albumina è infatti prodotta nel fegato e se questo perde funzionalità, l’albumina viene prodotta meno e la concentrazione è di conseguenza minore. Inoltre anche se molto pesante, è una proteina molto compatta e può trovarsi in tracce nelle urine, poiché riesce a passare attraverso il nefrone. Glicoproteina acida α1 (GAA) Ha un peso molecolare minore dell’albumina, ma ha un volume maggiore (perciò non si trova nelle urine). È una proteina di fase acuta e in condizioni patologiche (es. oncologiche) la sua concentrazione può cambiare molto, aumentando. Lega molecole con stechiometria 1:1, soprattutto molecole basiche. lega soprattutto farmaci basici. Legame proteico e distribuzione dei farmaci A causa delle differenze dal punto di vista strutturale, alcuni farmaci si legano a una rispetto all’altra; inoltre il farmaco si può trovare in due forme in equilibrio: forma libera e forma legata; la forma legata serve per trasportare i farmaci e rimane nel sangue, ma soltanto il farmaco libero è in grado di raggiungere i tessuti periferici il passaggio attraverso via paracellulare, uscendo dal torrente circolatorio. I farmaci che attraversano la placenta possono influenzare il feto. [𝐹𝑃] F + P ⇄ FP 𝐾𝑎𝑠𝑠 = [𝐹]·[𝑃] Il farmaco legato non è disponibile per l’innesco dell’effetto farmacologico: misurando la concentrazione plasmatica di farmaco non sappiamo perfettamente la biodisponibilità, in quanto non possiamo discriminare se il farmaco è legato oppure no. 30 Inoltre, l’affinità dei farmaci per le proteine plasmatiche può essere diversa: più velocemente (maggiore è la costante di associazione Kass), più lenta è la distribuzione. Il legame che si instaura tra farmaco e proteine plasmatiche è non covalente ed è guidato da interazioni idrofobiche: il legame alle proteine plasmatiche è infatti funzione della lipofilia, perciò i farmaci più idrofili tendono a non legarsi (che sono comunque molto pochi). Il legame segue le leggi della termodinamica. Il legame tuttavia non pregiudica comunque l’attività: in tabella, si vedono i FANS, farmaci molto potenti che funzionano, capaci di legarsi con molta affinità. Teoricamente la porzione legata di farmaco non è costante, a causa della saturazione del processo: i siti di legame sono in numero finito e nella grande maggioranza dei casi non si arriva mai a saturazione. la concentrazione dei farmaci nel plasma non supera mai il micromolare (in alcuni casi nanomolare) ed è quindi difficile saturare i siti di legame: ci sono dei farmaci che in alcuni casi hanno una concentrazione di frazione libera più alta della concentrazione terapeutica Nell’immagine, la linea continua indica la concentrazione terapeutica. Es. Acido valproico (antiepilettico) occupa il 50% dei siti disponibili a concentrazioni terapeutiche e lo stesso vale per l'aspirina. Bisogna preoccuparsi dell’aumento della frazione libera solo nel momento in cui dobbiamo pensare all’eliminazione del farmaco. Il processo di eliminazione e di distribuzione dovrebbero neutralizzare, prima che possa trasformarsi in un evento tossico. Competizione tra farmaci per il legame con le proteine plasmatiche Lo spostamento di un farmaco dal sito di legame non ne fa aumentare l’effetto, perché non aumenta la concentrazione libera. La concentrazione libera, e quindi l’effetto, aumentano solo se il farmaco che sposta dal legame causa una concomitante inibizione del meccanismo di eliminazione. Alcune interazioni tra farmaci problematiche partono dallo sbilanciamento fra distribuzione ed eliminazione. Esempi di interazioni farmacologiche clinicamente significative, in cui l’aumentato effetto di un farmaco è stato attribuito al suo spostamento dal legame con le proteine plasmatiche Es. Warfarina se assunta insieme a sulfametossazolo può dar interazione con aumento della frazione libera: il sulfametossazolo inibisce il metabolismo della warfarina, troppo nell’organismo. 31 Es. Tossicità riconducibile a competizione per sito legame con le proteine è l’ittero nucleare da sulfamidici in neonati prematuri. I neonati prematuri sono soggetti a infezioni, poiché il sistema immunitario e i polmoni (per mancanza del surfattante) non sono ancora completamente sviluppati. I sulfamidici causano lo spiazzamento della bilirubina, aumentandone la quota libera: l’effetto tossico avviene per accumulo nel SNC (in quanto la BEE non è completamente sviluppata), senza adeguato aumento di velocità di eliminazione (deficitari meccanismi di coniugazione)’ Determinanti della distribuzione Caratteristiche dell’organo: - Perfusione dell’organo: i tessuti molto perfusi sono tutti tessuti molto importanti in cui deve sempre essere garantito un elevato afflusso di sangue. Il cervello è protetto ma ha elevata perfusione quindi se qualcosa supera la BEE si distribuisce velocemente. In allenamento l’afflusso di sangue ai muscoli aumenta. La farmacocinetica di numerose molecole cambia completamente in sogge; normopeso e in sogge; obesi. Nel tessuto adiposo le molecole lipofile tendono ad aggregarsi quindi in un obeso la v di eliminazione è più lenta. - Tipo di capillari: a seconda della tipologia di farmaci, è diverso l’accesso alle strutture in cui arrivano capillari continui, fenestrati (materiale mucopolisaccaridico nelle fenestrazioni dei reni) o discontinui. - Densità dei capillari o numero per unità di volume dell’organo - Specifici siti farmaco-recettore Ridistribuzione La ridistribuzione è il passaggio dagli organi molto perfusi (distribuzione iniziale) a quelli meno perfusi con maggior capacità di accumulo. È la ridistribuzione, non l’eliminazione, a porre termine all’effetto, quando si somministra rapidamente, in singola dose, un farmaco altamente liposolubile che agisca su un organo ad elevata irrorazione. Un farmaco lipofilo all’inizio finisce tutto negli organi molto perfusi. Nella fase di ridistribuzione il farmaco esce dagli organi molto perfusi con cui non ha particolare affinità e si distribuisce in quelli meno perfusi per cui ha maggior affinità. Es. Il Tiopentale (calmante del SNC, induce sonno) esce in buona parte dal SNC (organo target poco affine ad esso) e si ridistribuisce al tessuto adiposo dove sta meglio. Non abbiamo eliminato il farmaco, è solo uscito dall’organo target. Il tempo di emivita (tempo per andarsene dall’organismo) del Tiopentale è elevato ma l’effetto sparisce velocemente. Caratteristiche del farmaco - Dimensione e forma della molecola - Grado e forza di legame alle proteine plasmatiche - Solubilità dei lipidi - Specifici recettori per il farmaco e meccanismi di trasporto Esempio - Distribuzione degli anticorpi monoclonali Gli anticorpi monoclonali si usano principalmente con due indicazioni: come antitumorali e nelle patologie autoimmuni. In alcuni casi la distribuzione non serve. Il Rituximab colpisce cellule del sangue o della linfa, non serve una distribuzione ad organi particolari. In caso di tumore solido però serve distribuzione. 32 Esiste un recettore che si chiama FcRn, che lega la porzione costante dell’anticorpo (n sta per neonatale perché è stato scoperto per la prima volta nel neonato e si pensava che il suo ruolo fosse legato solo alla prima infanzia). È il recettore responsabile del trasporto delle IgG da mamma a bambino e dell’assorbimento dal lume intestinale del neonato alla circolazione neonatale. Tramite un preciso signaling impedisce che le IgG vengano portate al lisosoma e degradate. La presenza di questo recettore quindi serve a salvare gli anticorpi dalla fisiologica degradazione. Anche negli adulti resta un po’ di questo recettore. Dal punto di vista della distribuzione dei farmaci il recettore permette alle IgG di entrare nella cellula, salvarsi da una degradazione lisosomiale e di essere riciclate tornando nel torrente circolatorio o raggiungendo altri siti se la cellula è in grado di operare la transcitosi. È considerato un recettore di salvataggio, ma ha vari nomi (FcRn, recettore di Brambell, recettore di salvataggio delle immunoglobuline). Serve a prolungare la permanenza degli anticorpi monoclonali nel nostro organismo Entità della distribuzione L’entità della distribuzione si può definire come la frazione di farmaco che,all’equilibrio, è presente nello spazio 𝑄 extraplasmatico. Il parametro che la misura è il volume di distribuzione apparente: 𝑉𝑑 = 𝐶 Si calcola come: Q = quantità di farmaco nell’organismo C = concentrazione farmaco nel plasma Mi dice quanto il farmaco tende a distribuirsi ai tessuti periferici; se ho tanto farmaco nei tessuti e poco nel plasma avrò Q grande e C piccola quindi Vd elevato: questo dal punto di vista pratico vuol dire che il farmaco tende a uscire dal plasma per localizzarsi nei tessuti. Si chiama volume di distribuzione “apparente” perché non corrisponde a un’entità fisica: è il volume di liquido che sarebbe necessario per sciogliere la quantità di farmaco presente nell’organismo ed ottenere una concentrazione uguale alla concentrazione plasmatica. 33 Es. Abbiamo tanto farmaco nell’organismo ma bassa concentrazione plasmatica. Serve un volume grande per poter sciogliere tutto il farmaco a quella concentrazione. Conoscere Vd serve per calcolare la quantità di farmaco da somministrare per ottenere una determinata concentrazione plasmatica. Ad esempio, la Chinacrina (antimalarico) ha un volume di distribuzione apparente di 50 000 litri, vuol dire che tende ad accumularsi nei tessuti. Principali siti di accumulo - Fegato, rene: le ligandine sono proteine principalmente presenti nel fegato che legano i farmaci e li immagazzinano nell’organo. Es. La Chinacrina è substrato delle ligandine. Il volume di distribuzione è direttamente proporzionale all’emivita di un farmaco: più è grande, più serve tempo per eliminarlo dall’organismo. Questo perché è dal compartimento centrale, in particolare dal plasma, che il farmaco raggiunge gli organi emuntori. Sia nel fegato che nel rene ci sono le metallotioneine, proteine di circa 60 aa, tra cui almeno 20 residui di Cys, che legano ioni mono o bivalenti, mediamente 12 monovalenti o 7 bivalenti. Servono all’accumulo di ioni, alcuni dei quali, come il Pb, possono essere estremamente tossici per l’organo. - Tessuto adiposo: lega molecole lipofile. - Tessuto osseo: anche il tessuto osseo è in grado di legare ioni bivalenti. Il Ca2+ può essere sostituito da metalli radioattivi generando sarcomi o altri tumori del tessuto osseo. Può legare anche sostanze chelanti. Questo spiega perché alcune molecole hanno un volume di distribuzione apparente estremamente elevato. Distribuzione ai diversi spazi dell’organismo e volume di distribuzione reale Il volume di distribuzione reale è il volume che un farmaco ha effettivamente a disposizione. I farmaci che stanno solo nel plasma hanno a disposizione 3 - 4 L (plasma): i farmaci con queste caratteristiche sono pochi, la grande maggioranza deve raggiungere il tessuto periferico. I farmaci in grado di uscire dal plasma e fermarsi nei fluidi interstiziali non sono in grado di penetrare dentro le cellule: hanno a disposizione 10 - 13 L (plasma + fluidi interstiziali). Sono farmaci idrofili, che escono dai capillari passando tra le giunzioni cellula/cellula ma non hanno la sufficiente lipofilia per entrare nelle cellule per diffusione passiva e non sono, per le loro caratteristiche, substrati di trasportatori. Es. Molti antibiotici β-lattamici: basta che trovino i batteri e ne inducano la morte o lo stop della crescita. Non è tanto importante che entrino nelle cellule, almeno per alcuni tipi di infezioni. Ovviamente è diverso il discorso se l’infezione è a livello di SNC (tipo la meningite). I farmaci che penetrano nelle cellule e raggiungono i fluidi intracellulari hanno a disposizione circa 40 L (plasma + fluidi interstiziali + fluidi intracellulari). Notiamo che c’è un’enorme differenza tra volume di distribuzione apparente e reale. L’interesse all'accesso di xenobiotici al SNC o al feto è spesso di tipo tossicologico. La BEE e la barriera placentare nascono come protezione. In realtà la barriera placentare ha anche funzione trofica, deve lasciar passare un elevato numero di sostanze per permettere il corretto accrescimento del feto. La BEE invece è molto più impermeabile. Distribuzione al SNC Esistono due vie di accesso al SNC: 1. Al parenchima cerebrale attraverso i capillari cerebrali (barriera emato-encefalica) 2. Al liquor cerebro-spinale attraverso i plessi corioidei (barriera emato-liquorale) 34 La BEE è costituita da uno strato di cellule epiteliali che riveste i capillari cerebrali rendendo difficile l’accesso di sostanze al SNC. La barriera emato-liquorale (BEL) divide il liquor cerebrospinale dalla circolazione sistemica a livello dei plessi corioidei. Il liquor è un liquido che si forma dal drenaggio dei fluidi interstiziali cerebrali. La BEL e il liquor sono meccanismi di efflusso dal SNC: è più probabile che le sostanze escano. Barriera emato-encefalica - BEE L’unità neurovascolare è caratterizzata da 4 tipi di cellule. - Cellule endoteliali che rivestono i capillari cerebrali e sono caratterizzate da giunzioni strette (tight junctions): le cellule sono appiccicate, non c’è la possibilità che sostanze presenti nel lume capillare passino nello spazio tra una cellula e l’altra (assenza di filtrazione). - Astrociti che rivestono quasi tutta la superficie dei capillari cerebrali (98%): se anche qualcosa riesce a passare, ad esempio per diffusione passiva, attraverso l’endotelio, si trova davanti i piedi degli astrociti. Questi aumentano lo spessore (pensa all’impatto sulla legge di Fick). - Periciti sono cellule che hanno ruolo macrofagico, stanno in attesa di qualcosa (molecole più grandi dei farmaci tradizionali: anticorpi monoclonali, microrganismi) da neutralizzare. - Terminazioni nervose: la presenza di tight junctions riguarda il 99% dei capillari cerebrali. C’è una zona dove non ci sono tight junction ma i capillari sono fenestrati: è la zona chemocettrice bulbare. Qui c’è il centro del vomito, che si attiva quando viene riconosciuto qualcosa di tossico da eliminare. Serve anche per il passaggio di sostanze utili, come ormoni e neurotrasmettitori. Nei capillari cerebrali non c’è transcitosi aspecifica. Quindi gli anticorpi monoclonali e gli oligonucleotidi antisenso sono tutti farmaci che teoricamente hanno accesso vietato al SNC. Qualche anno fa è uscita una pubblicazione sensazionale in cui si affermava che farmaci biotech potessero arrivare al SNC tramite il sistema linfatico. Inoltre in caso di alcune infezioni come la meningite la permeabilità della BEE aumenta perché i capillari vengono danneggiati. Ciò può essere utile p