Come nasce un farmaco ?

Quanto dura?

• Dalla “scintilla” creativa che scocca nella mente del ricercatore, alla vendita del farmaco nelle farmacie trascorre un lungo periodo di tempo (12-13 anni)

Per farmaci, pesticidi, sostanze di uso industriale, additivi alimentari, le Autorità Regolatorie richiedono che prima dell’immissione in commercio di una nuova sostanza, l’azienda produttrice produca i risultati degli studi di tossicità. Se la richiesta è approvata possono iniziare i test clinici di fase I, II e III e solo dopo ottenimento della AIC il farmaco può essere venduto.

Nuove sostanze?

Le fasi di una nuova sostanza Fase preclinica (in vitro e in vivo): sintesi del P.A.,

controllo della purezza, stabilità, etc. Appurato in laboratorio che la molecola possiede potenziali effetti terapeutici si può passare alla sperimentazione sugli animali.

Finalità = dimostrare la non tossicità del P.A., comprenderne la farmacocinetica, verificare assenza di effetti mutageni, cancerogeni, teratogeni ed effetti a carico della sfera riproduttiva

Fase clinica (uomo): reclutamento “cavie”(sani/malati) x studi di fase I, II e III

Le fasi di una nuova sostanza Fase clinica (uomo): ✓ Fase I: condotti in pochi centri selezionati, su un numero limitato

di volontari sani, in età non avanzata. L'obiettivo principale è la valutazione degli effetti collaterali attesi considerando i risultati delle sperimentazioni sugli animali e la valutazione della modalità di azione e distribuzione del farmaco nell’organismo.

✓ Fase II: il P.A. è somministrato a soggetti volontari affetti dalla patologia per cui il farmaco è stato pensato. Se eticamente possibile, utilizzo di un placebo (studio in cieco singolo/in doppio cieco). Durata 2 anni circa. Obiettivo dimostrare l’attività del PA e la non tossicità.

✓ Fase III: ai pazienti viene assegnato casualmente il nuovo PA o un farmaco standard per quella specifica patologia. Obiettivo controllare l'insorgenza, la frequenza e gravità degli effetti indesiderati. La durata della somministrazione del farmaco è variabile ma in genere dura dei mesi, il periodo di monitoraggio degli effetti del farmaco arriva in qualche caso a 3-5 anni.

Communicate clinical

research: two days for

two great events

In May 2014 in Luxembourg two important events to promote

independent clinical research will take place:

The International Clinical Trials’ Day (Tuesday, 20 May)

The ECRAN Meeting (Wednesday, 21 May).

This is a joint initiative - ECRIN, ECRAN, ICTD and CRP - to

promote a transnational communication event on multinational

clinical trials with the objective of facilitating better clinical research

relevant to the needs of patients and highlight the important role of

patients in clinical research.

Please read the programme and the general information attached

below.

The ECRAN project provides 50 bursaries (€650 each) to cover

travel and accommodation expenses for representatives of

European patient organizations.

La sperimentazione sugli animali

• La sperimentazione sugli animali costituisce un tappa obbligatoria nel processo di ricerca e sviluppo di tutti i

farmaci

Motivi del fallimento

•Tossicità: 22%

•Mancanza di efficacia: 31%

•Inadeguate proprietà biofarmaceutiche (assorbimento,

stabilità ecc.): 41%

•Motivi di marketing: 6%

Fallimento di nuovi

medicinali durante lo

sviluppo

Derived from typical statistics provided by Pharmaceutical

Research and Manufacturers of America (PhRMA).

Tempistica media: 10/15 anni

Farmaci ritirati dal commercio in Gran Bretagna nel periodo 1972-1994 per effetti collaterali gravi (2)

.

Farmaco e anno introduzione Classe terapeutica Motivo ed anno del ritiro

Alfaxolone/alfadolone (1972) Anestetico Anafilassi (1984)

Polidexide (1974) Cardiovascolare Impurità (1979)

Perexilina (1974) Cardiovascolare Neuro/epatotossicità (1985)

Nomifensina (1976) SNC Anemia emolitica (1986)

Clomacron (1977) SNC Epatotossicità (1982)

Triazolam (1978) SNC Reazioni psichiatriche (1991)

Fenclofenac (1978) Muscolo-scheletrico Sindrome di Lyell (1984)

Feprazone (1978) Muscolo-scheletrico Tossicità multisistemica (1984)

Zomepirac (1980) Muscolo-scheletrico Anafilassi (1983)

Suprofene (1980) Muscolo-scheletrico Nefrotossicità (1986)

Benoxaprofene (1980) Muscolo-scheletrico Tossicità muscolo-sistemica (1982)

Zimeldina (1981) SNC Neurotossicità (1983)

Brotizolam (1982) SNC Carcinogeno nel roditore (1989)

Indoprofene (1982) Muscolo-scheletrico Tossocità gastrointestinale (1982)

Terodilina (1986) Urinario Aritmie (1991)

Metipranolo (1986) Occhio Uveite (1990)

Dilevalolo (1990) Cardiovascolare Epatotossicità (1990)

Remoxipride (1990) SNC Anemia aplastica (1994)

Temafloxacina (1991) Antinfettivi Tossicità multisistemica (1992)

Nebacumab (1991) Antinfettivi Mortalità (1993)

Fosequinan (1992) Cardiovascolare Mortalità (1993)

STUDI TOSSICOLOGICISuddivisi in:

studi sperimentali: si somministra la sostanza con precise modalità (dose, tempo, via ecc.) e se ne studiano gli effetti tossici. Si effettuano su animali, colture cellulari, microrganismi. Esposizione controllata

studi epidemiologici: si studiano gli effetti di una sostanza su popolazioni umane che sono comunque esposte alla sostanza, presente nell’ambiente o somministrata a scopo

terapeutico(farmaci, vaccini).

Esposizione non controllabile.

Studi epidemiologici

Vantaggi:

Condizioni di esposizione reale

Effetti misurati sulla specie bersaglio

Spettro completo delle suscettibilità individuali della specie

Valutazione di eventuali interazioni tra sostanze diverse

Svantaggi: Costosi e di lunga durata Necessità di numeri

molto elevati per evidenziare aumenti di rischio

Effetti misurati (a posteriori): presenza di malattie, decessi

Difficoltà nel definire l’esposizione

Studi sperimentali

Vantaggi:

Condizioni di esposizione facilmente manipolabili

Possibilità di misurare effetti diversi

Possibilità di variare parametri (età, sesso, specie, dieta, altri fattori modulatori la risposta)

Potenzialità di valutare i meccanismi

Svantaggi:

Possibili differenze di specie

Incertezza della rilevanza dell’effetto nell’uomo

Limitata variabilità interspecifica

Condizioni di esposizione irrealistiche

Studi tossicologici sperimentali1. Studi descrittivi: finalizzati all’osservazione e

descrizione degli effetti tossici di una sostanza in aa, tessuti, cellule, batteri. Servono per caratterizzare la tossicità di una sostanza (dose tossica, organi bersaglio ecc.).

2. Studi meccanicistici: studi che cercano di chiarire il meccanismo con cui una sostanza produce un effetto tossico (es. inibizione enzimatica, agonismo recettoriale… ecc.). Non sono richiesti ai fini regolatori ma possono essere utili per stabilire se un effetto tossico osservato nell’animale si manifesterà o meno anche nell’uomo.

3. Studi teorici: relazione struttura-attività: studi volti ad identificare, all’interno di una serie di molecole, i gruppi responsabili dell’effetto tossico. Per alcune classi di composti, sono molto utili per prevedere la tossicità di una molecola.

Studi in Vivo ed in VitroGli studi in vivo hanno lo svantaggio di avere a

disposizione un sistema molto complesso. Paradossalmente questo è anche il loro maggior pregio: nessuno studio in vitro può singolarmente riprodurre fedelmente le interconnessioni tra i diversi sistemi e tra i diversi processi che costituiscono il destino di uno xenobiotico nell’organismo.

Gli studi in vitro sono estremamente utili per :

• mirare la strategia sperimentale di eventuali studi in vivo

• identificare i meccanismi di azione

• identificare gli enzimi coinvolti

nel metabolismo

Principi degli studi tossicologici animali

2 sono i principi fondamentali alla base di tutti i test di tossicità eseguiti su animali:

➢Gli effetti di una sostanza, osservati negli animali in opportune condizioni, possono verificarsi anche nell’uomo (presenza degli stessi recettori).

➢Per identificare con sicurezza gli effetti tossici di una sostanza negli animali da laboratorio è necessario somministrare alte dosi.

Primo principio degli studi tossicologici animali

Gli animali più spesso utilizzati per gli studi di tossicità generale sono ratto e cane, nei quali il metabolismo è più simile a quello umano.

Per alcuni test di tossicità specifica (riproduttiva, tossicità locale) si usano altre specie di mammiferi, particolarmente sensibili a quel tipo di tossicità (es conigli per studi di teratogenesi).

Specie animali non mammifere (batteri, dafnia, echinodermi, pesci) sono eticamente più accettabili ed economicamente più vantaggiose. Tuttavia, a causa delle enormi differenze farmacocinetiche, i dati ottenuti con queste specie non possono essere estrapolati all’uomo.

Gli studi con queste specie possono però allertare sul potenziale tossico di una sostanza che richiede quindi ulteriori studi.

Variabilità della suscettibilità individuale distribuzione

della suscettibilità nella popolazione; distribuzione normale

Secondo principio degli studi tossicologici animali

Una distribuzione non normale indica la presenza di sub-

popolazioni iper- o ipo-sensibili, per caratteristiche

genetiche o ambientali

Secondo principio degli studi tossicologici animali

Questo principio si basa sul concetto di dose-risposta quantale, cioè l’incidenza di un effetto in una popolazione è maggiore se la dose o il periodo di esposizione aumentano.

L’uso di alte dosi è dovuto all’inevitabile limitatezza del numero di animali su cui si effettuano i test. Per ottenere dei risultati statisticamente validi da un basso numero di animali la dose della sostanza in esame dovrà essere relativamente alta in maniera tale che l’effetto sia così frequente da poter essere rilevato.

ESEMPIO:

Supponiamo che ad una data dose risponda lo 0,1% di individui (più sensibili). Se l’esperimento viene condotto con 100 animali, la risposta non viene rilevata. Per essere ragionevolmente sicuri di osservare la risposta con quella dose, l’esperimento dovrebbe essere condotto con almeno 5.000 animali. Aumentando la dose, risponderà una percentuale maggiore di individui (anche quelli meno sensibili).

L’uso di dosi ”elevate”(rispetto a quelle previste nell’uomo) consente quindi di osservare una risposta con un numero ‘ragionevole’di animali.

Obiettivi degli studi tossicologici animali

1. Determinare la Natura degli effetti tossici:a. Meccanismi di tossicitàb. Tipi di tossicitàc. Organi bersagliod. Comparsa dell’effettoe. Reversibilità dell’effetto2. Determinare la Relazione dose-effetto (range di

tossicità, ipersensibilità, NOEL)3. Determinare i Fattori influenzanti la tossicità:a. specie, ceppo, sesso, età,b. modalità di somministrazione (via,durata,frequenza),c. fattori congeniti e/o fattori ambientali, ecc.

Natura degli effetti tossici:a)meccanismi di tossicità

➢meccanismi specifici: farmaci, tossine animali e vegetali. Sono caratterizzati da una interazione selettiva con specifiche proteine (enzimi, canali ionici, trasportatori ecc.) con conseguente danneggiamento di funzioni cellulari specifiche tossicità cellulare e/o d’organo.

➢ meccanismi non specifici: es quelli dei composti inorganici, dove la sostanza, o un suo metabolita reattivo, reagiscono in modo aspecifico con diversi componenti cellulari (proteine, lipidi, acidi nucleici). Si formano o si rompono legami covalenti (formazione di addotti, ossidazioni, sottrazione di atomi). Ciò causa un alterato funzionamento o distruzione dei componenti cellulari colpiti con conseguente tossicità cellulare. In genere, non è chiaro quali dei numerosi siti di attacco cellulare siano responsabili dell’effetto tossico. Queste alterazioni causano tossicità cellulare e/o d’organo.

Natura degli effetti tossici:b)tipi di tossicità

➢Tossicità funzionale: alterazioni delle normali funzioni di un sistema senza danno cellulare diretto (danno d’organo o sistema).

Es. sostanza che provoca vasodilatazione (es. agonista istaminergico) non causa danni diretti ai vasi ma provoca ipotensione e riduzione del flusso ematico con danni cerebrali, renali ecc.

sostanza che stimola il rilascio di insulina dalle cellule pancreatiche (senza danneggiarle) causa ipoglicemia e tossicità a carico del sistema nervoso centrale (danno neuronale indiretto)

Natura degli effetti tossici:b)tipi di tossicità

➢Citotossicità: alterazione irreversibile di proteine (enzimi, canali ionici ecc.) o membrane (lipidi) con conseguente disregolazione del metabolismo con necrosi, apoptosi e tossicità tissutale e d’organo o sistema.

L’entità di tale danno dipende da: importanza della funzione del componente cellulare

colpito capacità di riparazione da parte della cellula. Se il

danno è irreversibile e/o esteso e/o coinvolge componenti cellulari essenziali, si ha la morte cellulare.

Nella maggior parte dei tessuti, le cellule morte possono essere sostituite da cellule dello stesso tipo (divisione cellulare)con riparazione totale del danno.

Natura degli effetti tossici:b)tipi di tossicità

➢Genotossicità: alterazione del DNA con mutazioni, alterazioni cromosomiche e conseguente cancerogenesi o malattie congenite.

➢Reazioni allergiche: risposta immunitaria che deriva da una precedente sensibilizzazione ad una sostanza o ad altre strutturalmente simili. Gli allergeni si legano ad una proteina endogena per evocare una reazione allergica con formazione di anticorpi. L’allergia è un effetto tossico xchè le manifestazioni osservate sono dose dipendenti (reazione al polline in individui sensibilizzati, è appunto in relazione alla quantità di polline presente nell’aria).

Natura degli effetti tossici:c)organi bersaglio

Sulla base del sito bersaglio si distinguono:➢Tossicità locale: prodotta nel sito di primo contatto

tra l’agente tossico ed il sistema biologico (es sostanze caustiche o irritanti)

➢Tossicità sistemica: prodotta in un sito lontano rispetto a quello di contatto iniziale. Il tossico deve essere assorbito dall’organismo.

La maggior parte degli agenti che producono effetti sistemici non causa alterazioni della stessa gravità in tutti gli organi ma evoca una tossicità più marcata solamente su uno o due organi bersaglio. L’organo bersaglio non è necessariamente quello in cui si raggiunge la concentrazione più alta.

Natura degli effetti tossici:c)organi bersaglio

La tossicità a carico di un organo dipende dalla capacità rigenerativa dell’organo, dalla sua capacità al mantenimento dell’omeostasi, da fattori tossicocinetici (sito di assorbimento, metabolismo, accumulo, eliminazione).

Gli organi più frequentemente colpiti sono: SNC, sistema circolatorio, sangue e sistema ematopoietico, fegato, rene, polmone e cute. Il sistema muscolare e scheletrico sono solo raramente dei bersagli

di tossicità sistemica.

Natura degli effetti tossici:d)comparsa dell’effetto

Si possono distinguere:

➢ Tossicità immediata: si sviluppa rapidamente dopo una singola somministrazione (citotossicità).

➢ Tossicità ritardata: evidente solo dopo un certo periodo di tempo(genotossicità). Ad es gli effetti cancerogeni hanno generalmente un periodo di latenza molto lungo (nell’uomo di 20-30 anni).

➢ Reversibilità dell’effetto: dipende dal tipo di tossicità e dall’organo bersaglio. Se una sostanza produce un danno ad un tessuto, la reversibilità o l’irreversibilità dell’effetto dipende dalla capacità di rigenerazione del tessuto stesso (fegato ≠ SNC). Gli effetti teratogeni e cancerogeni vengono generalmente considerati effetti tossici irreversibili.

Determinazione della relazionedose-effetto

Secondo obiettivo degli studi di tossicità animali è determinare la relazione dose-effetto cioè la relazione tra le caratteristiche dell’esposizione e lo spettro degli effetti tossici.

A quale concentrazione si osserva l’effetto ?Il livello ‘efficace’ si raggiunge attraverso: Una singola esposizione (acuta e generalmente

elevata) incidenti, avvelenamenti Esposizioni prolungate (basse dosi ripetute nel

tempo non tossiche singolarmente effetti cumulativi)

Come esprimere la relazione dose-risposta?

Se la risposta misurata è:

➢del tipo ‘tutto o nulla’(es. morte, comparsa di tumori) con curve dose-risposta quantali. In questi casi, si misura la frequenza di risposta alle diverse dosi, cioè la percentuale di soggetti in cui compare la risposta.

➢un parametro continuo (es.: peso di un organo, glicemia), si può esprimere l’intensità della risposta in funzione della dose con curve graduali.

Relazione dose-effetto

Dal punto di vista pratico :

1. Le relazioni dose-risposta in una popolazione sono per definizione, di natura quantale o “tutto o nulla”. Viene identificato uno specifico effetto e si determina la dose necessaria per produrre l’effetto in ogni singolo individuo della popolazione.

2.Le relazioni dose-risposta in un individuo sono di natura graduale o su scala continua perché l’effetto è continuo in un determinato intervallo di dosi. Descrive la risposta di un individuo a diverse concentrazioni della sostanza. E’caratterizzato da un aumento della concentrazione dipendente dell’intensità della risposta.

Relazione dose-effetto

Sebbene la distinzione in relazioni dose-risposta quantali (riferite alla popolazione) e graduali (riferite all’individuo) siano utili, concettualmente i due tipi di risposta sono identici. In entrambi i casi le risposte vengono riportate sull’asse delle ordinate e possono essere il grado di risposta di un individuo o di un sistema o la frazione di popolazione che risponde mentre l’intervallo delle dosi è riportato sull’asse delle ascisse.

Riportando in un grafico cartesiano la % di soggetti che rispondono in

funzione della dose si ottiene una curva dose-risposta cumulativa; cioè,

ad ogni dose corrispondono non solo i soggetti che rispondono solo a

quella dose, ma anche i soggetti che rispondono a dosi più basse.

Curve dose-risposta quantali

Trasformando il grafico in un grafico semilogaritmico,

riportando cioè in ordinata il logaritmo della dose, si ottiene in

genere una curva sigmoide.

Curve dose-risposta graduali

I parametri caratterizzanti la relazione dose-risposta sono: la

risposta massima (Emax); la dose che produce un effetto pari al

50% di Emax (DE50); la minima concentrazione alla quale si ha un

effetto (dose soglia); la dose soglia e la DE50 sono una misura della

potenza della sostanza.

DE50

Emax

Dose sogliaLog dose

Relazione dose-effetto

Curve dose-risposta

Composti con diversa pendenza possono avere la stessa DL50 (B e C)

Composti con la stessa pendenza possono avere DL50 diverse (A e B)

Log Dose1 10 100

Ris

po

sta

0

20

40

60

80

100

120

140

160

DE50-B

Dosi soglia

Emax

DE-A

Confronti tra curve dose-risposta

Curve dose-risposta parallele: DE50 e dosi soglia

diverse, uguale pendenza

Curve con uguale DE50 ma pendenze e dosi soglia

diverse

Confronti tra curve dose-risposta

Log Dose10 100

Ris

posta

0

20

40

60

80

100

120

140

160

A B

DE50 ADE50 B

Emax

Confronti tra curve dose-risposta

Esempio di curve dose-risposta graduali non parallele:

DE50 diverse, dosi soglia uguali pendenze diverse

Potenza????

Efficacia????

N.B.: spesso le curve dose-risposta di una sostanza sono parzialmente sovrapposte dosi con effetti tossici multipli

Fattori relativi all’esposizione: via di esposizione

L’ordine di tossicità è: endovenosa (effetti maggiori e risposte più rapide), inalatoria, intraperitoneale, sottocutanea, intramuscolare, intradermica, orale, cutanea (piretrine/piretroidi).

Il veicolo nonché la velocità alla quale avviene l’esposizione, possono alterare l’assorbimento del tossico e influenzarne gli effetti tossici (spt nel caso di ingestione, inalazione o esposizione topica).

L’esposizione professionale avviene nella maggior parte dei casi per via inalatoria e/o per prolungato contatto con la pelle mentre gli avvelenamenti accidentali avvengono più frequentemente per ingestione orale.

TOSSICITA’= DOSE x ESPOSIZIONE

Via

Durata

Frequenza

Fattori relativi all’esposizione: via di esposizione

Il confronto tra le DL di un agente chimico somministrato attraverso vie diverse fornisce informazioni utili sul suo assorbimento.

Quando la dose letale per OS o dermica è simile a quella per via IV l’agente tossico si assorbe facilmente e rapidamente. Al contrario quando la DL per via dermica è di alcuni ordini di grandezza più alta di quella orale si può concludere che la pelle rappresenta una barriera efficace per il suo assorbimento.

Negli studi di tossicità acuta di farmaci si utilizzano due vie, di cui una è quella prevista nell'uomo (orale, inalatoria, cutanea) ed una che assicuri assorbimento completo (parenterale). Negli studi di tossicità prolungata e cronica si usa quasi sempre la via orale.

Fattori relativi all’esposizione: durata e frequenza

La sostanza B la cui emivita è approssimativamente uguale alla frequenza con cui si somministra, raggiunge la concentrazione tossica teorica di 2 unità solamente dopo la quarta somministrazione, mentre la sostanza A, che ha una velocità di eliminazione molto inferiore rispetto alla frequenza con cui viene somministrata, raggiunge la stessa concentrazione dopo due somministrazioni. Al contrario la sostanza C, la cui emivita è molto inferiore all’intervallo di dosaggio, non raggiungerà mai una concentrazione in grado di indurre effetti tossici, indipendentemente dal numero di dosi somministrate. Tuttavia anche se la sostanza non si accumula, dopo ogni somministrazione possono essere presenti dei danni cellulari o tissutali.

Possono esistere delle variazioni individuali nelle risposte agli agenti chimici, sia di tipo qualitativo che quantitativo, sia tra specie diverse (es per differenze farmacocinetiche o farmacodinamiche) ma anche all’interno della stessa specie (differenze genetiche). Es. nei ruminanti il transito intestinale è più lento e l’assorbimento più incompleto rispetto ai carnivori. Nel rumine lo xenobiotico viene enormemente diluito, inoltre vi possono avvenire reazioni di biotrasformazione che bioattivano o inattivano la sostanza.

Cavallo e roditori non hanno il riflesso del vomito, che invece nel cane e nel gatto ha una funzione protettiva.

Fattori relativi al soggetto: specie e razza

Fattori relativi al soggetto: specie e razza

Pecora è particolarmente sensibile all’intossicazione da rame per un deficit di eliminazione biliare.

Gatto è molto sensibile ai composti aromatici (FANS, piretroidi, ecc.) per deficit di coniugazione glucuronica.

I cani di razza Collie sono più sensibili (DT = 100 mg/kg contro > 2000 mg/kg) agli effetti neurotossici dell’ivermectina per mancata espressione della Pglicoproteina

Fattori relativi al soggetto: età e sesso

ETA’

I soggetti giovani e quelli anziani sono

generalmente più sensibili agli effetti tossici degli xenobiotici per ridotte capacità biotrasformative ed escretive

SESSO

Si conoscono esempi di diversa sensibilità agli effetti

tossici di alcune sostanze nei due sessi (femmine di

cane e di gatto più sensibili agli organofosforici) per

diverse capacità biotrasformative e diverso

quadro ormonale

Fattori relativi al soggetto:stato fisiopatologico

In condizioni di replezione gastrica l’animale è più protetto da sostanze tossiche irritanti.

Una dieta ricca di lipidi favorisce l’assorbimento dei tossici liposolubili.

Lo stress, l’affaticamento e le situazioni di iperproduzione aumentano la sensibilità agli effetti tossici degli xenobiotici.

Patologie epatiche e renali aumentano la tossicità degli xenobiotici.

Fattori ambientali e interazioni chimiche

Carenza di nutrienti nella dieta o inquinanti ambientali possono influenzare le reazioni di biotrasformazione e quindi compromettere l’efficienza metabolica in un determinato soggetto (x questo nelle sperimentazioni usare sempre un gruppo di controllo ai fini di una comparazione statistica).

Sommazione, sinergismo,

antagonismo, potenziamento.