Empoli, 17 Dicembre 2009

La sperimentazione clinica:

attori e risorse coinvolti

Fasi della sperimentazione farmacologica

preclinica

Dr.ssa Silvia Benemei

Dipartimento di Farmacologia Preclinica e Clinica

Università di Firenze

Lombardino and Lowe, 2004

Studi Preclinici

Studi Clinici

Sintesi di Nuovi

Composti Chimici

Fase I: Studi suSoggetti Sani (Tolleranza)

Fase II: Studi suPazienti (Efficacia)

Fase III: TrialClinici su MoltiPazienti

Ricercatori e Scopi

della Ricerca

Test in vitro e in

Animali. Scelta

del farmaco

Formulazione,

Sintesi in Larga

Scala, Sicurezza

negli Animali

Sottomissione

dei Dati alla

FDA

NDA (New Drug

Application)

Esame della

FDA

Il Farmaco È

Commercializzato

FASI NELLO SVILUPPO DI NUOVI FARMACI

OBIETTIVI DELLA RICERCA PRECLINICA:

• Individuazione di una molecola dotata di attività

farmacologica

• Valutazione delle caratteristiche (stabilità, durata

d’azione)

• Individuazione della formulazione per una o più

vie di somministrazione

• Valutazione della sicurezza

COME SI INIZIA ?

Individuazione di una molecola dotata di attività farmacologica

1. IL CASO

“SERENDIPITY” Scoprire una cosa non cercata, ed imprevista mentre se ne

sta cercando un’altra.

“La serendipity è cercare un ago in un pagliaio e trovarci la figlia del

contadino” Julius H. Comroe

Nel luglio del 1928 Alexander Fleming

studiò una coltura di staphilococcus aureus

scoprendo la Penicillina

FINALITA’ DELLO STUDIO PRECLINICO:

Accertare

• Efficacia

•Tollerabilità

•Effetti tossici

di un nuovo composto

INDAGINE PRECLINICA:

Indispensabile prima di procede alla sperimentazione

sull’uomo

Va eseguita attenendosi a norme speciali emanate dalle

istituzioni pubbliche

Prevede l’impiego degli animali per la sperimentazione dei

farmaci

SPERIMENTAZIONE PRECLINICA:

Durata media 2-3 anni

• Consente di isolare dalle migliaia di sostanze sottoposte al primo

screening di base farmacologico e biochimico, 20-30 composti

• Nel corso della sperimentazione preclinica vengono identificate le

strutture chimiche correlate ad una certa azione farmacologica:

IL NUMERO DELLE SOSTANZE ESAMINATE

DIMINUISCE ULTERIORMENTE

PROCESSO DI SCOPERTA E SVILUPPO

DI NUOVI FARMACI

ricerca di base Sviluppo preclinico

MODELLI SPERIMENTALI PER DEFINIRE PROFILO

FARMACOLOGICO DI UN COMPOSTO

“IN VITRO” e “EX VIVO”

LIVELLO MOLECOLARE:

Legame recettoriale

Attività enzimatica

Biotrasformazione

LIVELLO CELLULARE:

Colture cellulari

Organi isolati (vasi cuore polmoni ileo utero etc.)

“IN VIVO”

MODELLI ANIMALI:

Animali sani (topo, ratto,cane, gatto,

coniglio, cavia, maiale)

Animali che riproducono la malattia

RUOLO DEI MODELLI CELLULARI

NELLO SVILUPPO PRECLINICO DI UN

FARMACO

STUDI “IN VITRO”

• Colture cellulari primarie derivanti da tessuti animali (Neuroni, epatociti,

linfociti, macrofagi, cardiomiociti, oociti, cellule renali)

• Cellule transfettate con proteine bersaglio dell’azione dei farmaci (HEK 293,

CHO transfettate con specifici recettori, canali ionici, trasportatori ionici, pompe

ioniche, enzimi)

• Cellule umane neoplastiche (linfomi, tumori del colon, polmone)

RUOLO DEI MODELLI ANIMALI

NELLO SVILUPPO PRECLINICO DI UN FARMACO

STUDI “IN VIVO”

• ANIMALI TRANSGENICI

• ANIMALI “KNOCKOUT”

• ANIMALI GENETICAMENTE SELEZIONATI PER UNA PATOLOGIA

• ANIMALI SOTTOPOSTI A TRATTAMENTI CHE RIPRODUCONO LA

MALATTIA

STUDI PRECLINICI

FASE I

STUDI DI FARMACODINAMICA

STUDI DI TOSSICITA’ ACUTA

STUDI DELLA STABILITA’ CHIMICA DI UNA MOLECOLA

FASE II

STUDI DI FARMACOCINETICA

STUDI DI TOSSICITA’ SUBACUTA E CRONICA

STUDI TOSSICOLOGICI SULLA RIPRODUZIONE,

CANCEROGENICITA’ e MUTAGENESI

FASE I

STUDI DI FARMACODINAMICA

Obiettivi:

Determinazione dell’effetto principale

Determinazione degli effetti collaterali

Determinazione della durata dell’effetto farmacologico

Studi “in vivo” e “in vitro” per ottenere dati

quantitativi (curve dose/effetto o tempo/effetto)

I risultati rappresentano il profilo di attività farmacologica della sostanza

anche su organi e sistemi non direttamente interessati all’azione primaria

ma potenzialmente bersaglio di effetti collaterali

SNC (interferenze sulla t corporea, risposta a stimoli sensori)

ATTIVITA’ MOTORIA (attività locomotoria e coordinazione motoria)

APPARATO CARDIOVASCOLARE

Pressione arteriosa

Frequenza cardiaca

Risposte vasomotorie

Prove di tollerabilità cardiovascolare per varie vie di somministrazione

APPARATO RESPIRATORIO (frequenza,volume corrente, resistenze bronchiali,

gas ematici)

APPARATO GASTRO-INTESTINALE

(transito intestinale, potere ulcerogeno, secrezione gastrica, motilità gastrica)

SISTEMA IMMUNITARIO (effetti immunosoppressivi)

PROVE FAMACOLOGICHE (1)

“In Vivo”

SISTEMA CARDIOVASCOLARE (Cuore isolato Vasi isolati)

SANGUE (emolisi in vitro, coagulazione)

FUNZIONALITA’ (analisi delle urine)

SNA e MUSCOLATURA LISCIA (intestino, bronchi, utero

ileo isolato, vasi deferenti isolati, trachea isolata)

SISTEMA RIPRODUTTIVO (utero isolato, motilità uterina in situ)

PROVE FAMACOLOGICHE (2)

“In Vitro” e “Ex Vivo”

STUDI DI TOSSICITA’ ACUTA

DEFINIZIONE:

“Effetti collaterali insorgenti dopo “breve” tempo dall’assunzione

di una dose singola di sostanza o di più dosi assunte nell’arco di 24 ore”

Somministrazione unica (acuta) del principio attivo su due o più specie di

mammiferi

Dosi somministrate: - Ci si riferisce a parametri già noti quando possibile

- Se si tratta di una sostanza non nota o complessa

si procede per tentativi

Vie di somministrazione: due diverse vie di somministrazione una delle quali

identica o simile a quella proposta nell’uomo, mentre l’altra deve garantire il

completo assorbimento sistemico del farmaco.

STUDI DI TOSSICITA’ ACUTA

Durata dello studio è circa 14 gg e comunque mai inferiore a 7 gg e può

proseguire per tutto il tempo in cui persistono gli effetti tossici

Il periodo di osservazione deve essere adeguato a mettere in luce i danni ai

tessuti e agli organi, oppure il ritorno alla norma delle condizioni dell’animale

Ottenere dati su relazione:

DOSE/EFFETTO e DOSE/MORTALITA’ per la valutazione quantitativa della

DOSE LETALE (DL50)

Dose letale media (DL50): quantità di farmaco, in unità di peso o volume

per unità di peso corporeo (es mg/Kg), che somministrata ad un gruppo

di animali per una determinata via ed in definite condizioni sperimentali,

produce la morte del 50% degli animali.

STUDI DI TOSSICITA’ ACUTA

BATTERIE DI TEST UTILIZZATI:

Tossicità orale

Tossicità dermica

Tossicità inalatoria

Tossicità oculare

DETERMINAZIONI:

Segni clinici di tossicità

Mortalità a determinati intervalli

Esame autoptico degli animali deceduti e di quelli sacrificati

Esame istopatologico degli organi

FASE II

STUDI DI FARMACOCINETICA

assorbimento

distribuzione (organotropismo)

metabolismo (biotrasformazione)

escrezione

Strumenti: Animali in toto vivi (es. sostanze marcate)

Finalità:

Delineare strategia terapeutica mirata:

esaltare l’azione farmacologica/ridurre la tossicità

STUDI DI TOSSICITA’ SUBACUTA E CRONICA

DEFINIZIONE:

“Effetti collaterali insorgenti dopo l’assunzione di almeno 3 dosi della

sostanza (SUBACUTA) o dopo somministrazioni ripetute (CRONICA)”

Le prove di tossicità per somministrazioni ripetute (tossicità subacuta o a breve

termine e tossicità cronica o a lungo termine) devono mettere in evidenza le

soglie di tossicità, le alterazioni funzionali e/o anatomo-patologiche conseguenti

alla somministrazione ripetuta del farmaco o dell’associazione e stabilire le

condizioni della comparsa di tali alterazioni in funzione della posologia.

La valutazione degli effetti tossici viene effettuata in base al rilievo della mortalità,

all’esame del comportamento, dell’accrescimento della crasi ematica e di prove

funzionali a carico di diversi organi ( cuore, fegato, rene, milza etc.) nonché in base

a reperti autoptici con relativi esami istologici.

STUDI DI TOSSICITA’ SUBACUTA E CRONICA

TOSSICITA’ SUBACUTA

Tossicità subacuta: durata compresa tra 30 e 90 gg. Non superiore al 10%

della durata media della vita dell’animale.

Le sperimentazioni vengono effettuate:

• Somministrando 3 dosi a gruppi diversi di animali

• Utilizzando due specie di mammifero

TOSSICITA’ SUBACUTA

I gruppi sperimentali saranno 3 (uno per ciascun livello di dose), cui va aggiunto il

gruppo di controllo.

La dose più elevata viene scelta in modo da far comparire effetti tossici d’organo

o mortalità in non più del 10% degli animali.

La dose minore permette di fissare il margine di tolleranza del prodotto

nell’animale e va scelta in base alla capacità di ottenere l’effetto farmacologico

La dose intermedia è la media fra la dose maggiore e la minore.

Si evitano dosi a cui corrisponde una mortalità superiore del 10%.

Le dosi vanno opportunamente distanziate in modo da avere una

gradualità negli effetti tossici

VIE DI SOMMINISTRAZIONE:

Orale

Inalatoria

Dermica

DETERMINAZIONI:

Comportamento e stato di salute dell’animale (Peso

corporeo,Consumo di cibo)

Parametri ematologici, biochimici ed urinari

Peso degli organi e valutazioni istopatologici

TOSSICITA’ SUBACUTA

TOSSICITA’ CRONICA

• Durata dipendente dalle condizioni di applicazione clinica (da 3 a 12 mesi)

• Le dosi vengono stabilite in modo che:

la dose maggiore dia segni di tossicità

la dose minore sia ben tollerata e se possibile, sia da 2 a 10 volte superiore a quella

giornaliera prevista per l’uso terapeutico in clinica umana

la dose intermedia sia la minima dose in grado di indurre il primo chiaro effetto

tossico

GLI STUDI DI TOSSICITA’ POSSONO CONTINUARE ANCHE

DURANTE DELLA SPERIMENTAZIONE CLINICA

ESAME DELLA FUNZIONE RIPRODUTTIVA

OBIETTIVI:

- Mettere in rilievo le modifiche della fertilità o procreazione anomaladovuta a danni dei gameti maschili e o femminili

- Interferenze con le fasi di impianto del feto e del suo sviluppo

- Effetti tossici sull’embrione

- Effetti tossici sul feto

OBIETTIVI:

- Mettere in rilievo le modifiche della fisiologia materna con conseguenti effettitossici secondari sull’embrione o sul feto

- Effetti sulla crescita oppure sullo sviluppo dell’utero o della placenta

- Interferenze con il parto

- Effetti sullo sviluppo postnatale

- Effetti tardivi sulla discendenza

ESAME DELLA FUNZIONE RIPRODUTTIVA

ANIMALI UTILIZZATI: Due specie animali

MODALITA’ CON CUI VENGONO CONDOTTI GLI STUDI

Somministrazione del composto a maschi e femmine prima dell’accoppiamento

durante la gravidanza e l’allattamento

Viene seguito lo sviluppo dei nuovi nati fino al loro nuovo accoppiamento per

giungere ad una successiva generazione

ESAME DELLA FUNZIONE RIPRODUTTIVA

SCELTA DELLE DOSI:

- La dose massima deve esercitare almeno un effetto tossico oppure unatossicità minima a livello di organo bersaglio

- La dose minima deve essere pari al doppio o al triplo della dose terapeuticamassima per l’uomo o della dose che produce un effetto farmacologiconell’animale

- La dose intermedia è la media tra la massima e la minima

STUDI DI CANCEROGENICITA’

FINALITA’ DEGLI STUDI FARMACOLOGICI e

TOSSICOLOGICI

Definire la dose massima che non induce alcun effetto diretto ed

indiretto su organi e tessuti

Definire la dose che induce effetti tossici ed il tipo di alterazioni indotte

Definire la relazione tra dose terapeutica e dose tossica

Individuare il bersaglio dell’effetto tossico ( struttura cellulare, organo,

sistema) sia del composto originale che dei suoi metaboliti

Definire se gli effetti sono reversibili

LIMITI DELLE PROVE PRECLINICHE

TEMPI E COSTI

ANIMALI

DATI DI TOSSICITA’ NON COMPLETAMENTE ATTENDIBILI

EVENTI AVVERSI

DOCUMENTAZIONE

SCOPO DELLA RICERCA E CONDIZIONI SPERIMENTALI

RACCOLTA DI METODICHE STANDARD (SOP)

RISULTATI E DETTAGLI DEGLI ESPERIMENTI

Lombardino and Lowe, 2004

Studi Preclinici

Studi Clinici

Sintesi di Nuovi

Composti Chimici

Fase I: Studi suSoggetti Sani (Tolleranza)

Fase II: Studi suPazienti (Efficacia)

Fase III: TrialClinici su MoltiPazienti

Ricercatori e Scopi

della Ricerca

Test in vitro e in

Animali. Scelta

del farmaco

Formulazione,

Sintesi in Larga

Scala, Sicurezza

negli Animali

Sottomissione

dei Dati alla

FDA

NDA (New Drug

Application)

Esame della

FDA

Il Farmaco È

Commercializzato

FASI NELLO SVILUPPO DI NUOVI FARMACI

La sperimentazione clinica:

attori e risorse coinvolti

Fasi della sperimentazione farmacologica clinica

Dr.ssa Silvia Benemei

Dipartimento di Farmacologia Preclinica e Clinica

Università di Firenze

Le dimensioni dello sviluppo

Lo sviluppo di un farmaco

Tempi dello sviluppo clinico

Tempi dello sviluppo clinico

Nature Drug Reviews, 2004

Costi dello sviluppo

Nature Drug ReviewsNature Drug Reviews, 2004

Costi dello sviluppo

Nature Drug ReviewsNature Drug Reviews, 2004

Critical Path Initiative

(www.fda.gov)

(www.emea.europa.eu)

(www.agenziafarmaco.it)

Report Studi CliniciFase I

Fase IIFase III

Fase IV