Ottimizzazione dell’accesso al target

Ottimizzazione dell’accesso al target
Ottimizzazione Lead Ottimizzazione dell’accesso al target Modificazioni strutturali Idrofilia/lipofilia Polarità Miglioramento della resistenza nei confronti della degradazione chimica ed enzimatica Diminuzione della stabilità metabolica Riduzione della tossicità

Miglioramento dell’assorbimento
L’assorbimento del farmaco è determinato dalle sue proprietà idrofobe/idrofile, che dipende dalla polarità e di ionizzazione. Farmaci che sono troppo polari o fortemente ionizzato non attraversano facilmente la membrane cellulare della parete intestinale. Pertanto, essi sono somministrati per via intravenosa, ma lo svantaggio che sono rapidamente escreti. Farmaci non polari, d'altra parte, sono poco solubili in soluzione acquosa e sono scarsamente assorbiti. Se sono somministrati per vi, sono assorbite dal tessuto grasso.

Strategie per migliorare l'assorbimento
Solubilità e permeabilità della membrana Variare sostituenti alchilici Razionale: Variando la dimensione dei gruppi alchilici varia l’equilibrio idrofilo/ lipofilo della struttura Gruppi alchilici più grandi aumentano l'idrofobicità Svantaggio: Può interferire con il target (diminuendo l’interazioni) per ragioni steriche

Mascherare o rimuovere i gruppi polari Motivazione: Il mascheramento o rimozione di gruppi polari diminuisce la polarità e aumenta il carattere idrofobico Metodi: Svantaggi: il gruppo polare può essere coinvolto nel binding con il target gruppi polari inutili probabilmente sono stati rimossi già (strategia di semplificazione)

Aggiunta di gruppi polari Razionale: Aggiunta di gruppi polari aumenta la polarità e diminuisce carattere idrofobico Utile per il targeting farmaci contro le infezioni intestinali Utile per ridurre gli effetti collaterali a carico del SNC Svantaggio: può introdurre effetti collaterali indesiderati

Variare il pKa Razionale Variando il pKa si altera la percentuale di farmaco che viene ionizzato Alterare il pKa può servire ad ottenere il rapporto richiesto di forma ionizzata e farmaco non ionizzato Metodo: Variare i sostituenti alchilici su atomi di azoto delle ammine

Variare i sostituenti aromatici La pKa di ammine o acido carbossilici aromatici può essere variata aggiungendo gruppi elettron-donatori (EDG) o elettron atrattore (EWG) all'anello. La posizione del sostituente è importante anche se il sostituente interagisce con l'anello attraverso risonanza. In generale, gruppi EWG aumentano l'acidità e diminuiscono pKa Gruppi EDG diminuiscono l'acidità in quanto aumentano pKa. Svantaggio: può influenzare le interazioni di legame

Bioisosteri per gruppi polari I bioisosteri possono essere un’alternativa come sostituenti di importanti gruppi funzionali necessari per le interazioni con il target, ma che pongono problemi farmacocinetica. Ad esempio: l'acido carbossilico è un gruppo altamente polare che può essere ionizzato e ostacolare l'assorbimento di qualsiasi farmaco che lo contiene Soluzioni possiamo mascherarlo come profarmaco (estere) o sostituirlo con un bioisostere che ha simili proprietà fisico-chimiche e presenta qualche vantaggio rispetto all’acido carbossilico, come i tetrazoli 5-sostituiti. Questo anello contiene protoni acidi come l'acido carbossilico e inoniza a pH 7.4. L'anione tetrazolo è 10 volte più lipofilo di anione carbossilato e quindi, meglio assorbito e resistente a molte reazioni metaboliche che avvengono su acido carbossilico

Antipsicotico

Miglioramento del metabolismo dei farmaci
Rendere i farmaci più resistenti alla degradazione chimica ed enzimatica Ci sono varie strategie che possono essere utilizzati per rendere i farmaco più resistente all'idrolisi e metabolismo e quindi prolungare la loro attività (più durata d'azione)

Miglioramento del metabolismo
Introduzioni di scudi sterici Introdurre gruppo ingombrante come uno scudo per aumentare la stabilità chimica e metabolica Razionale Protegge un gruppo funzionale sensibile (ad es. estere) da idrolisi Impedisce attacco da parte di nucleofili o enzimi Scudi sterici sono stati utilizzati anche per proteggere le penicilline da lattamici e per evitare a diversi farmaci di interagire con gli enzimi del citocromo P450.

Bioisosteri Razionale: Usati per stabilizzare gruppi funzionali labili (ad esempio esteri) Sostituire estere labile con uretano più stabile o amide L’azoto cedi elettroni al gruppo carbonile e lo rende meno reattivo in generale, l’uso di bioisosteri aumenta la stabilità chimica e metabolica Ad esempio: sostituzione del gruppo metilico di un estere etanolato con NH2 dà un gruppo funzionale uretanico che è più stabile degli esteri originali. (H3C-COOR H2NCOOR) Il gruppo NH2 ha le stesse dimensioni e valenza che il gruppo CH3. Pertanto, non ha alcun effetto sterico, ma ha totalmente differenti proprietà elettroniche, poiché può alimentare elettroni nel gruppo carbonilico e stabilizzarlo da idrolisi.

Il Carbacol e Cefoxitin si sono stabilizzati in questo modo
agonista colinergico CEFOXITIN

Modificazioni stereo-elettroniche Effetti sterici e elettronici sono utilizzati in combinazione per stabilizzare i gruppi labili ed aumentare la stabilità chimica e metabolica Es procaina (un estere) viene rapidamente idrolizzata, ma cambiando l'estere al gruppo a La presenza di due gruppi orto-metilici sull'anello aromatico in lidocaina aiuta a proteggere il gruppo carbonilico dagli attacchi nucleofili o enzimi. Ciò comporta l'azione prolungata anestetico locale. Qui influenze steriche ed elettroniche sono entrambi coinvolti; queste modifiche sono definiti come stereoelettronico

Bloccanti Metabolici Metabolismo dei farmaci di solito si verificano in siti specifici. Introdurre gruppi a un sito suscettibile di bloccare la reazione metabolica Aumenta la stabilità metabolica e la durata di droga Alcuni farmaci sono metabolizzati attraverso l'introduzione di gruppi funzionali polari in particolari posizioni nel loro scheletro. Per esempio: Megestrol acetato (contraccettivo orale) viene ossidato in posizione 6 per dare gruppo OH in questa posizione. Ma l'introduzione di un gruppo metile in posizione 6, il metabolismo è bloccato e l'attività del farmaco è prolungata.

Rimozione/sostituzione di gruppi metabolicamente sensibili Alcuni gruppi chimici sono particolarmente sensibili agli enzimi metabolici. Es. gruppi metilici su anelli aromatici sono spesso ossidati ad acidi carbossilici e poi eliminati rapidamente dal corpo. Altre reazioni metaboliche comuni includono C-idrossilazione, N-& S-ossidazioni, O e S-dealchilazioni e deaminazione nei composti alifatici e aromatici. Il gruppo sensibile a volte può essere rimosso e sostituito da gruppi che sono stabili all'ossidazione, al fine di prolungare il tempo d’azione del farmaco. 5) - Rimozione di gruppi a rischio metabolici Alcuni gruppi chimici sono particolarmente sensibili agli enzimi metabolici. Es gruppi metilici su anelli aromatici sono spesso ossidati ad acidi carbossilici che poi rapidamente eliminato dal corpo. Altre reazioni metaboliche comuni includono alifatici e aromatici C-idrossilazione, N-& S-ossidazioni, O e S-dealchilazioni e deaminazione. Gruppo Sensibile a volte può essere rimosso sostituita da gruppi che sono stabili all'ossidazione, al fine di prolungare la durata di vita del farmaco. es Il gruppo metilico di tolbutamide (anti diabetico) è stato sostituito da un atomo di cloro per dare clorpropamide che è molto più lunga. Sostituzione di un estere suscettibile a cefalosporine (cefaloridina & Cefalexina).

Rimozione/sostituzione di gruppi metabolicamente sensibili anti diabetico CLORPROPAMIDE 5) - Rimozione di gruppi a rischio metabolici Alcuni gruppi chimici sono particolarmente sensibili agli enzimi metabolici. Es gruppi metilici su anelli aromatici sono spesso ossidati ad acidi carbossilici che poi rapidamente eliminato dal corpo. Altre reazioni metaboliche comuni includono alifatici e aromatici C-idrossilazione, N-& S-ossidazioni, O e S-dealchilazioni e deaminazione. Gruppo Sensibile a volte può essere rimosso sostituita da gruppi che sono stabili all'ossidazione, al fine di prolungare la durata di vita del farmaco. es Il gruppo metilico di tolbutamide (anti diabetico) è stato sostituito da un atomo di cloro per dare he è molto più lunga. Sostituzione di un estere suscettibile a cefalosporine (cefaloridina & Cefalexina).

Spostamenti di gruppi La rimozione o la sostituzione di un gruppo metabolicamente vulnerabile è fattibile sempre e quando il gruppo in questione non è coinvolto in importanti interazioni di legame con il sito di legame. Se il gruppo è importante, allora dobbiamo usare una strategia diversa come ad esempio: mascherare il gruppo vulnerabile utilizzando un profarmaco o spostare il gruppo vulnerabile all'interno dello scheletro molecolare.

Con questa tattica Salbutamol è stato sviluppato nel 1969 dal suo analogo neurotrasmettitore: la noradrenalina (struttura catecolo). La noradrenalina è metabolizzata attraverso la metilazione di uno dei gruppi fenolici con catecol O-metil transferasi. L'altro gruppo fenolico è importante per l'interazione di legame del recettore. Rimozione del OH o la sua sostituzione con un gruppo metile impedisce il metabolismo, ma impedisce anche l'interazione H-bonding con il sito di legame. Durante lo spostamento del gruppo OH vulnerabile fuori dall'anello di una unità di carbonio come in Salbutamolo rendere questo composto irriconoscibili dall'enzima metabolica, ma non al sito di legame del recettore (azione prolungata). Shifting è un importante strumento utile per superare il problema, ma nessuna garanzia che questa tattica sarà sempre successo e può rendere la molecola riconoscibile sia per il suo obiettivo e per l'enzima metabolico. NORADRENALINA SALBUTAMOL agonista β2-selettivo asma

Variazione di Anello Alcuni sistemi ad anello si trovano spesso ad essere suscettibile di metabolismo e quindi variando l'anello può spesso migliorare la stabilità metabolica. Es. sostituzione dell'anello imidazolico (suscettibile di metabolismo) in Tioconazolo con anello 1,2,4-triazolo dà Fluconazolo con una migliore stabilità, come illustrato in precedenza.

Modificare i Parametrici Cinetici
Metabolismo Riassunto Miglioramento della resistenza all’idrolisi e al metabolismo D1927 Antireumatico? Sultopride Du Protezione sterica Bioisosteri ed effetti elettronici ANTISICOTICI

Modificazioni stereoelettroniche
Rimozione di gruppi sensibili al metabolismo Procaina Lidocaina Tolbutamide Clorpropamide Salbutamolo Noradrenalina Anestetici locali Ipoglicemizzanti b- agonisti Spostamenti di gruppi Entrambi i farmaci sono anestetici locali (LA), ma la procaina è un amino estere e la lidocaina è un amino-ammide. Pertanto, azione similare ma diversi effetti tossici e collaterali. L'uso più comune di procaina è in studio dentistico, mentre anestetico lidocaina è il favorito per guarire le ferite ed eseguire un piccolo intervento chirurgico (in anestesia locale) o anestesia regionale utilizzato nella chirurgia addominale maggiore (taglio cesareo, appendicectomie, ernie inguinali , laparotomia esplorativa, ambulatori ginecologici, ecc), dell'anca e degli arti pelvici. Inoltre la lidocaina non presenta gli effetti antiaritmici che presenta la procaina, quindi è un farmaco usato per il CPR avanzato.

Farmaci meno resistenti al metabolismo
Un farmaco che è estremamente stabile al metabolismo ed è molto lentamente escreto può causare effetti collaterali e problemi di tossicità. Pertanto, la progettazione di farmaci con ridotta stabilità metabolica e chimica può essere a volte utile Droga che è estremamente stabile al metabolismo ed è molto lentamente escreto può causare problemi come quello è suscettibile di metabolismo. Quali la tossicità cause e gli effetti collaterali. Pertanto, la progettazione di farmaci con ridotta stablility metabolica chimica e può essere a volte utile.

Introduzione di gruppi metabolici sensibili L'introduzione di gruppi che sono suscettibili di metabolismo è un buon approccio alla diminuzione del tempo di emività di un farmaco. Ad esempio: il gruppo metile è stato introdotto in qualche farmaco per limitarne la durata d’azione (il gruppo metile può metabolicamente essere ossidato all'alcol nonché ad un acido carbossilico) Droga che è estremamente stabile al metabolismo ed è molto lentamente escreto può causare problemi come quello è suscettibile di metabolismo. Quali la tossicità cause e gli effetti collaterali. Pertanto, la progettazione di farmaci con ridotta stablility metabolica chimica e può essere a volte utile.

Farmaci autodistruttivi Un farmaco auto-distruttivo è un a sostanza chimicamente stabile in una serie di condizioni, ma diventa instabile e degrada spontaneamente sotto un'altra serie di condizioni. Il vantaggio di un farmaco autodistruttivo è che l'inattivazione non dipende dell'attività metabolica enzimatica, che potrebbe variare da paziente a paziente. Es. L’atracurio (agente di blocco neuromuscolare) è stabile a pH acido, ma si autodistrugge nelle condizioni leggermente alcaline del sangue. Cioè il farmaco ha una breve durata d'azione, consentendo agli anestesisti di controllare i suoi livelli nel sangue durante un intervento. A seguito di somministrazione per via endovenosa la molecola si distribuisce nei fluidi corporei e nei diversi tessuti biologici, nel giro di pochissimi minuti. Il composto va incontro ad un processo di degradazione spontanea non enzimatica, noto come eliminazione Hoffmann e a idrolisi degli esteri, attraverso il coinvolgimento di esterasi non specifiche.[12][13][14] L'eliminazione Hoffmann è un processo temperatura e pH dipendente, e quindi il tasso di degradazione di atracurium in vivo è fortemente influenzato dal pH dell'organismo e dalla temperatura: un aumento del pH corporeo favorisce il processo di eliminazione, mentre una diminuzione della temperatura rallenta il processo.[7][15] D'altro canto il processo di degradazione non sembra essere influenzato dal livello di attività delle esterasi del plasma, dall'obesità,[16] dall'età,[17] dalla funzionalità renale[18][19][20][21] o epatica.[22] Uno dei principali metaboliti del processo di degradazione Hoffmann è la laudanosina, un alcaloide amminico terziario che possiede proprietà di stimolante del sistema nervoso centrale (SNC) e che si ritiene possa possedere una modesta attività epilettogena, così come facilitare alcuni effetti cardiovascolari quali ipotensione e bradicardia. La molecola viene captata dal fegato e in parte metabolizzata. L'emivita plasmatica è pari a circa 20 minuti. Il legame con le proteine plasmatiche raggiunge l'82%. L'eliminazione dall'organismo avviene per buona parte per via urinaria. ATRACURIO coadiuvante in anestesia generale

Meccanismo delle modificazione dell’atracurio

Riducendo la tossicità
Si trova spesso che un farmaco non riesce ad arrivare alla fase di studi clinici a causa dei suoi effetti collaterali tossici. Ciò può essere dovuto a metaboliti tossici, nel qual caso il farmaco deve essere reso più resistente al metabolismo come descritto in precedenza. Si sa che gruppi funzionali quali gruppi aromatici nitro, ammine aromatiche, bromoarenes, idrazine, idrossilammine, o gruppi polialogenati sono spesso metabolizzati a prodotti tossici.

Ridurre la tossicità della droga
Modificazione dei sostituenti Gli effetti collaterali possono essere ridotti o eliminati variando sostituenti apparentemente innocui Es. la sostituzione di un alogeno (Cl) per un’ altro aggiunta (F) nel agente antimicotico UK porta as un derivato meno tossico come il fluconazolo

Modificazione della posizione dei sostituenti Es. la variazione della posizione del gruppo ciano in una serie di antagonisti dopaminergici che inibiscono il citocromo P450 da luogo a nuovi composti che non presentano questo effetto collaterale.

CP è un antagonista dei recettori dei cisteinil leukotriene (cysLT1), coinvolto nella patogenesi dell’asma

Legando farmaci a bulding block biosintetici essenziali
Drug Targeting Legando farmaci a bulding block biosintetici essenziali Farmaco 'contrabbando’ trasportato in cellula per proteine di trasporto di elementi naturali (ad esempio amminoacidi o basi di acidi nucleici) Aumenta la selettività dei farmaci per la cellule bersaglio e riduce la tossicità di altre cellule Essampio: farmaci antitumorali Gruppo alchilanti è collegato a una base di acido nucleico Le cellule tumorali crescono più velocemente rispetto alle cellule normali e hanno una maggiore domanda per le basi di acidi nucleici Il farmaco si concentra nelle cellule tumorali (tattica cavallo troia)

Legando farmaci agli anticorpi monoclonali
Drug Targeting Legando farmaci agli anticorpi monoclonali Es agenti antitumorali Motivazione: Identificare un antigene che è iperespresso in una cellula tumorale Clonare un anticorpo monoclonale per l'antigene Collegare un farmaco o veleno (ad es ricina) per l'anticorpo monoclonale Anticorpi porta il farmaco direttamente alla cellula tumorale Farmaco viene rilasciato alla cellula tumorale

Target degli anticorpi

Modificazioni che non ne cambiano le proprietà biologiche fondamentali, possono portare a:
ANALOGHI quando queste modificazioni risultano essere permanenti nella molecola (possono dare cambiamenti quantitativi profondi dell’attività), PROFARMACI modificazioni che portano a molecole di per se non sono attive ma che sono in grado di ripristinare in vivo la struttura originaria responsabile dell’attività biologica DERIVATIZZAZIONE Questa procedura consiste nell'esterificazione di acidi e di alcoli o nella acilazione di ammine ed altre simili reazioni Non ha molto interesse dal punto di vista delle informazioni da trarre dalla manipolazione molecolare Ha un enorme impatto a livello pratico in quanto può permettere lo sviluppo di molecole altrimenti inutilizzabili a causa di problemi farmacocinetici.Ad essa è legato il campo vastissimo della progettazione e sintesi dei profarmaci.

Analoghi Nome Androgena Anabolizzante Progestinica Testosterone
CH3 Analoghi TESTOSTERONE METILTESTOSTERONE Nome Androgena Anabolizzante Progestinica Testosterone +++ (i.m.) ++ (i.m.) --- Metiltestosterone +++ (os) ++ (os) Nadrolone Metilestrenolone + Tra testosterone e metiltestosterone l’introduzione di un metile in 17 non altera l’azione biologica ma solo il comportamento metabolico. • Analoga introduzione del metile in 17 nella struttura del nandrolone (anabolizzante) porta non solo alla modifica del metabolismo ma soprattutto ad una diversa attivita (progestativa). • Osservando metiltestosterone e metilstrenolone possiamo vedere che la parte farmacoforica e legata al metile in 10. lo stesso metile condiziona l’attività della coppia testosterone nandrolone. CH3 NADROLONE METILESTRENOLONE

Profarmaci Composti inattivi che vengono convertiti in composti attivi nel corpo.

Finalità dei profarmaci
Miglioramento delle caratteristiche farmacocinetiche (assorbimento e distribuzione) Aumento sitospecificità Aumento biodisponibilità Aumento durata d’azione Miglioramento della stabilità metabolica Miglioramento dell’accettabilità Mascheramento degli effetti collaterali e della tossicità

Migliorare la lipofilia
Profarmaci Migliorare la lipofilia Esteri alchilici, prontamente idrolizzati dalle esterasi nel sangue, nel fegato e in altri tessuti Esteri alchilici semplici sono più lentamente idrolizzati Esteri fosforici migliorano la solubilità in acqua, sono idrolizzati dalle fosfonato esterasi Dopo la scissione del suo vettore, il farmaco può essere molto lipofilo e precipitare Carbonati e carbammati sono, spesso, enzimaticamente più stabili dei esteri simplici Ammidi sono utilizzati solo in piccola estensione perché la loro bioconversione bisogna da peptidasi e non è abbastanza rapida Ossime sono profarmaci di chetoni, ammidine e guanidine, vengono bioconvertite dagli enzimi P450 e rendono il farmaco più lipofilo

Profarmaci Migliorare la lipofilia
La esterificazione con acido pivalico della ADRENALINA aumenta grandemente la lipofilia della molecola risultante DIPINEFRINA e ne permette l'uso a livello oculare per il trattamento del glaucoma

Abbassare la solubilità in acqua
Profarmaci Abbassare la solubilità in acqua Utilizzati per ridurre la solubilità di farmaci attivi per via orale Meno solubile in lingua Meno gusto rivoltante Migliora la permeabilità delle membrane Molti farmaci nucleosidici non sono in grado di attraversare le membrane mascherare gruppi polari e ionizzabili

Profarmaci Abbassare la solubilità in acqua Accettabilità migliorata
CLORAMFENICOLO (R=H) e SULFAMETOSSIPIRIDAZINA (R1=H) sono due molecole molto amare mentre i loro esteri sono insapori Il Cloramfenicolo (o Cloranfenicolo) è un antibiotico prodotto dal batterio Streptomyces venezuelae, scoperto nel 1947 ed attualmente ottenuto per sintesi chimica. Il cloranfenicolo presenta all' interno della sua struttura chimica due centri chirali, con la possibile formazione di 4 diversi stereoisomeri, in cui solo il D(-)treo, presenta un' efficacia antibatterica. Il cloranfenicolo ha efficacia contro un'estesa varietà di microrganismi, ma per via dei seri effetti collaterali (come i danni al midollo osseo, inclusa l'anemia aplastica), il suo impiego negli esseri umani viene preferibilmente limitato al trattamento d'infezioni gravi, con rischio di morte del paziente e per le quali non esista un'alternativa di pari efficacia (ad esempio per la febbre tifoide). L'OMS sostiene il suo uso nel trattamento di casi pediatrici nonostante i gravi effetti collaterali in diverse nazioni del Terzo mondo in assenza di alternative più economiche e dunque accessibili. Trova impiego per la cura del colera, poiché colpisce i vibrioni e riduce la diarrea, risultando efficace anche nei ceppi resistenti alla tetraciclina

Aumentare la solubilità in acqua
Profarmaci Aumentare la solubilità in acqua Migliorare la biodisponibilità aumentando la solubilità in acqua (soprattutto nel caso di somministrazioni parenterali) L’introduzione di un gruppo idrofilo permanente può modificare drasticamente le proprietà cinetiche del farmaco con conseguenze sull’attività Questo problema può essere ridotto utilizzando profarmaci recanti gruppi salificabili ed eliminabili in vivo

Profarmaci Aumentare la solubilità in acqua La esterificazione dell'ossidrile alcolico dell'OSSAZEPAM con anidride succinica per dare l‘ OSSAZEPAM EMISUCCINATO permette di introdurre una funzione acida salificabile che rende solubile in acqua il prodotto altrimenti praticamente insolubile

Profarmaci Aumentare la solubilità in acqua

Migliorare la permeabilità attraverso le membrana
Profarmaci Migliorare la permeabilità attraverso le membrana Esteri Usato per mascherare acidi carbossilici polari e ionizzabili Utilizzato quando è richiesto un acido carbossilico per binding Gruppo uscente (alcool) dovrebbe idealmente essere non tossico Variando l'estere varia la velocità di idrolisi Gruppi electron attrattori aumentano la velocità di idrolisi (ad esempio, 5-indanile) Gruppo uscente (5-indanolo) non è tossico

Esempio Estere palmitato di cloramfenicolo (antibiotico)

Profarmaci Migliorare la permeabilità attraverso le membrana
Biodisponibilità migliorata Carbenicillina (attiva su pseudomonas aeruginosa) non viene assorbita per via orale contrariamente ai suoi esteri che sono assorbiti in misura diversa a seconda della natura del radicale

Profarmaci Migliorare la permeabilità attraverso le membrana
Biodisponibilità migliorata

Profarmaci Migliorare la permeabilità attraverso le membrana N-metilazione di ammine Usato per ridurre la polarità di ammine Demetilato nel fegato ESSOBARBITALE sedativo

Uso di carrier per attraversare le membrane
I trasportatori di farmaci sono multipli e localizzati in diversi tessuti, ognuno dei quali può essere necessario permeate: BCRP, proteina tumore-resistente al seno (noto anche come ABCG2); Dorsali, L-tipo trasportatori di amminoacidi; MCT1, trasportatore monocarboxylate 1 (noto anche come SLC16A1); Mdr, multiresistente; MRPs, proteine-multidrug-resistenza correlata; NPT1, trasportatore di sodio fosfato (noto anche come sLc17A1), NTCP, taurocolato co-trasportatore sodio-dipendente (noto anche come sLc10A1); Avena, ornitina aminotransferasi; OAtPs, trasporto polipeptidi ed anioni organici; PTOM / OctNs, trasportatori di cationi organici; PetP1, trasportatore peptide 1 (noto anche come sLc15A1); sPGP, sorella di P-glicoproteina (noto anche come ABCB11); URAT1, urato scambiatore anionico 1 (noto anche come sLc22A12)

Profarmaci Migliorare la permeabilità attraverso le membrana Strategia Trojan Horse Profarmaco è progettato per imitare un building block biosintetico Trasportato attraverso le membrane cellulari da proteine di trasporto DOPAMINE Utile nel trattamento della malattia di Parkinson Troppo polare membrane cellulari trasversali e BBB LEVODOPA Più polare ma è un amminoacido Attraversa le membrane cellulari utilizzando le proteine di trasporto di amino acidi Decarbossilata in cellula a dopamina

Aumentare la stabilità chimica
Profarmaci Aumentare la stabilità chimica Hetacillin per ampicillina Ampicillin è chimicamente instabile in soluzione a causa del gruppo α-NH2 attaccabile da β-lattasi L’azoto in heteracillin è rinchiuso all'interno di un anello eterociclico

Migliorare la biodisponibilità al sito d’azione
Profarmaci Migliorare la biodisponibilità al sito d’azione I profarmaci possono ridurre l’assorbimento orale e permettere al farmaco di esplicare la sua azione nei segmenti più bassi dell’intestino Sulfatiazolo, rapidamente e totalmente assorbito con azione antibatterica sistemica e urinaria Ftalilsulfatiazolo non viene assorbito ed agisce da disinfettante intestinale dopo biotrasformazione da parte dei batteri intestinali Sulfapiridina Sulfasalazina libera acido para amminosalicilico e Sulfapiridina

Migliorare la biodisponibilità al sito d’azione
Profarmaci Migliorare la biodisponibilità al sito d’azione Es: Esammina Stabile e inattiva a pH> 5 Stabile al pH del sangue Utilizzato per le infezioni delle vie urinarie in cui pH <5 Degrada a pH <5 per formare formaldeide (agente antibatterico)

Profarmaci Aumento della durata d’azione
Riduzione del metabolismo e/o del tasso di escrezione Esempio: Azatioprina per 6-mercaptopurina 6-MERCAPTOPURINA (sopprime la risposta immunitaria) Breve durata d’azione Eliminato troppo in fretta AZATIOPRINA Maggiore durata d’azione Lenta conversione a 6-mercaptopurina

Aumento della durata d’azione
Profarmaci Aumento della durata d’azione Esempio: Valium per nordazepam

Analoghi *Durata d’azione dopo somministrazione orale
Antagonista competitivo del recettore α1-adrenergico, molto potente e selettivo Ipertensione sistemica primaria Insufficienza cardiaca congestizia Iperplasia prostatica benigna *Durata d’azione dopo somministrazione orale PRAZOSINA 4-6 ore* TERAZOSINA 12-18 ore DOXAZOSINA 36 ore

Mascherare tossicità e gli effetti collaterali
Profarmaci Mascherare tossicità e gli effetti collaterali Mascherando i gruppi responsabili di tossicità/ effetti collaterali Usato quando i gruppi sono importanti per l'attività Esempio: Aspirina per l'acido salicilico ACIDO SALICILICO analgesico, ma provoca ulcere allo stomaco a causa di gruppo fenolo ASPIRINA Fenolo mascherato da ester che viene idrolizzato nel corpo

Profarmaci Mascherare tossicità e gli effetti collaterali
Prolungamento delle fase metaboliche Capecitabine profarmaco del 5-Fluorouracile Richiede più passaggi per l'attivazione Le carbossilesterasi umani 1 e 2, nel fegato, idrolizzano il legame estere del carbamate è seguita da rapida ed spontanea decarbossilazione Le citidina deaminasi, nel fegato e nel tumore, convertono l'ammina in un gruppo carbonile infine timidina fosforilasi libera il fluoruracile farmaco attivo

Problemi in uso di peptidi/proteine come farmaci
Instabilità di proteine / peptidi nel tratto gastrointestinale dovuta alla proteolisi Bassa permeabilità attraverso le membrane a causa del peso molecolare elevato e l'alta superficie polare Inefficiente per attraversare la barriera emato-encefalica

Approcci per migliorare la farmacocinetica di proteine
La co-somministrazione dei peptidi con inibitori della proteasi Incapsulamento, rivestimenti o altri metodi di delivery (liposomi) Cell-permeabilizzazione della membrana: Aggiunta di acidi grassi, sali biliari tensioattivi e aspirina Modifiche di giunzioni strette: Co-aggiunta di alcune tossine o materiali polimerici (pericoloso, perché può consentire il passaggio di potenziali composti nocivi dall'intestino nella circolazione sistemica) Endocitosi mediata da recettori: recettori della vitamina B12, Fc recettore (nessun limite di dimensione) Utilizzo di trasportatori di membrana: attraverso un link covalente capace di riconoscere l’epitopi per trasportatore degli acidi biliari, trasportatore di di- e tripeptide, trasportatore del glucosio (piccoli carichi) Aumento della lipofilia del farmaco: Aggiunta di gruppi funzionali coniugando allegati lipidi labili (ad esempio, a Lys catene laterali, insulina)

Modificazione della proteina
Insulina: sviluppato una forma monomerica che può più facilmente entrare nella circolazione sistemica dopo iniezione sottocutanea. Questo è stato ottenuto attraverso varie mutazioni che ha stabilizzato la forma monomerica (insulina lispro (Eli Lilly); Novorapid, (NovoNordisk))

Prevenzione del misfolding proteico durante lo stoccaggio
Misfolding proteico è influenzato da taglio/agitazione, temperatura, pH e concentrazione della proteine Aggregati irreversibile (formazioni di ponti disolfuro) o fibrillari possono causare tossicità nelle proteine che sono altrimenti non dannosi Rimozione di alcuni residui ("gatekeeper”) coinvolti nella formazione di aggregati Piccole molecole che possono da legami idrogeno con filamenti beta possono prevenire la fibrillazione Aggiunta di zuccheri o di sali che tendono a favorire stati compatti Aminoacidi come Arg o Glu (50mm) che neutralizzano cariche opposte Polioli, PEG e altri polimeri che stericamente ostacolano interazioni proteina-proteina i Aggiunta di ciclodestrine per rimuovere aggregazione (usato per l'insulina, la ormone della crescita)questi si legano agli stati piegati, in particolare ai residui aromatici impedendo loro aggregazione (attenzione: alcuni ciclodestrine possono estrarre componenti della membrana) Avolte liofilizzazione può ridurre i problemi dovuti alla conservazione a lungo termine

Modifiche di peptidi per aumentare durata di azione nel plasma e consentire il passaggio BBB

Aumentare il passaggio nel SNC:
Modifica del backbone esteri, chetoni Aumentare il passaggio nel SNC: D-aminoacidi Modificazione del legame peptidico Peptoidi Aza peptide Aumento della lipofilia Coniugazione a un vettore lipidico, come trigliceridi o liposomi, Conversione in profarmaco attraverso acilazione, metilazione, ecc

Aumentare il passaggio nel SNC:
Coniugazione ad un lipide con un sito di scissione per lipasi cervello-specifiche Utilizzo di meccanismo di trasporto endogeno (richiede alcune modifiche di sequenza, ad esempio, l'introduzione di cationi o modifica con poliammine) Glicosilazione per facilitare il trasporto con trasportatori del glucosio, Coniugazione a peptidi cellula-penetrante (penetratine)

Altre modifiche proteine 
Acetilazione Introduzione di gruppi acetile o residui di acidi grassi può aumentare l'affinità all'albumina sierica in modo che il degrado è ritardato e il tempo idi circolazione aumentato Più efficiente per piccole proteine (insulina, glucagone-like peptide 1, interferone-α, desmopressina) PEGilazione L’aumento delle dimensione riduce la clearance plasmatica riducendo il tasso metabolico e l’ assorbimento mediato dalla circolazione sistemica (ridotta clearance renale) Conforma veri scudi antigeniche ad epitopi immunogenici e quindi riduce le reazioni immunogeniche Purtroppo il prodotto è di grandi dimensioni presentando una alta eterogeneità e quindi difficile il controllo della qualità del prodotto, e difficile la approvazione del suo consumo.

PEGilazione Le proteine sono pegilate attraverso catene laterali reattivi, ad esempio, la amina N-terminale libera o il ε gruppo amino della lisine . Possibilmente anche con gruppi tiolici dei residui di cisteina (Cys) La parte PEG è altamente solvatato e aumenta sostanzialmente la solubilità del complesso Nanoparticelle polimeriche hanno dimostrato di attraversare la barriera emato-encefalica

Farmacocinetica di composti PEG
I livelli plasmatici di interferone dopo l'iniezione sottocutanea

L’uso di linker speciali consentono il controllato del rilascio del farmaco dal attaccamento PEG, ad esempio quando si utilizza un derivato p-disolfuro benzile carbamaico. All'interno della cellula le condizione riducente nel vano endosomiale permette il rilascio graduale della proteina.

Lipid-Assisted Delivery
I lipidi possono solubilizzare il farmaco inserito nelle micelle, micelle miste o vescicole nel vano intestinale I lipidi possono alterare il percorso vena portale vs sistema linfatico e quindi ridurre il metabolismo di primo passaggio nel fegato I lipidi possono interferire con il sistema di trasporto e i processi enterocyte-based metabolici, cambiando potenzialmente l'assorbimento del farmaco, l’efflusso o la formazione di metaboliti

Liposomi come sistemi di delivery(intelligente)
I liposomi sono aggregati sferici di lipidi, che possono ospitare farmaci idrofili nel comparto acquoso e farmaci idrofobi nel membrana liposomiale I liposomi sono biocompatibili I prodotti farmaceutici incorporati a liposomi sono protetti dall’effetto inattivante delle condizioni esterne, ma non provoca reazioni collaterali indesiderati. I liposomi forniscono un'occasione unica per fornire farmaci all'interno delle cellule anticorpo-bersaglio, in superficie, o anche all'interno di singoli compartimenti cellulari.

Immunogenicità Capacità posseduta da una sostanza di indurre una risposta immunitaria. In generale, con questo termine si indica la proprietà di una molecola di stimolare il sistema immunitario senza il supporto di un’altra molecola adiuvante. Le sostanze che rivelano una buona immunogenicità agiscono sia a livello della risposta cellulare (linfociti T) sia di quella umorale (linfociti B e produzione di anticorpi). L’immunogenicità di una molecola è, inoltre, influenzata da una serie di fattori, quali le modalità di somministrazione nell’animale da esperimento, la quantità somministrata e le stesse caratteristiche genetiche di responsività dell’animale. Le molecole di grandi dimensioni sono migliori immunogeni (interfaccia di interazione più ampia, più siti potenzialmente immunogenico), anche l'eterogeneità aumenta immunogenicità

Immunogenicità Antigene: qualsiasi sostanza che può essere specificamente vincolato da cellule B o recettori delle cellule T Epitopi: parti della molecola che si legano alle cellule B o recettore delle cellule T (determinanti antigenici) Residui di superficie sono stati mutati in un allergene tale riduzione significativa del legame di siero umano si è verificato IgE. Tale allergene mutato può più essere usato come vaccino a produrre anticorpi contro l'WT- • allergene.

Evitare di risposta immunitaria Anticorpi umanizzati
Gli anticorpi prodotti nel topo sono altamente immunogenico in umano • Per ridurre immunicità sono stati sviluppati anticorpi chimerici costruito prendendo presa costante umana e regioni variabili del mouse • Immunicità potrebbe essere ulteriormente ridotta con l'innesto di CDR del mouse su anticorpi umani

Evitare la risposta immunitaria
Utilizzo in vitro e in-vivo di tecniche ab umani Possono essere costruiti biblioteche di anticorpi umani sintetici, in cui i loop CDR (regioni che determinano la complementarità) sono molteplici, e leganti specifici possono essere selezionati tra quelli. In alternativa, possono essere utilizzati i topi transgenici, in cui è contenuta il gene umano per la produzione di anticorpi umani

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