Sviluppi della biotecnologia in

ambito farmaceutico

Biotecnologie e farmaci

ALCUNI CENNI TEORICI SULLE BIOTECNOLOGIE…

"La biotecnologia è l'applicazione tecnologica che si serve dei sistemi biologici, degli organismi viventi o di derivati di questi per produrre o modificare prodotti o processi per un fine specifico".La biotecnologia può essere anche definita come la manipolazione di organismi al fine di ottenere soluzioni pratiche o prodotti utili.

(Convenzione sulla Diversità Biologica UN)

…E SUI FARMACI…

La farmacologia (dal greco Pharmakon, veleno, farmaco e logos, discorso) è la scienza che si dedica allo studio di come le sostanze chimiche interagiscono con gli organismi viventi.

Quando la sostanza ha proprietà medicinali viene chiamata farmaco.

SETTORI DI APPLICAZIONE DELLA BIOTECNOLOGIA

White biotechnology→ settore industriale;Green biotechnology → settore applicato ai processi agricoli;Blue biotechnology → applicazioni marine ed acquatiche;

OGGI CI OCCUPEREMO DI…

Red biotechnology (biotecnologia rossa)

É il settore applicato ai processi biomedici e farmaceutici. Alcuni esempi sono l'individuazione di organismi in grado di sintetizzare farmaci o antibiotici, oppure lo sviluppo di tecnologie di ingegneria genetica per la cura di patologie.

QUALI SONO LE APPLICAZIONI DELLE BIOTECNOLOGIE IN MEDICINA ?

Le biotecnologie applicate in medicina servono ad esempio per:fabbricare medicine quali l'insulina che serve per curare le persone affette da diabete, l'ormone della crescita o somatotropina che serve per curare alcune forme di nanismo;produrre gli interferoni che servono per combattere virus, per far regredire tumoriprodurre gli antibiotici su scala industriale per difenderci dai batteriprodurre vaccini per esempio per difenderci dal virus dell'epatite B;

QUALI SONO I RISCHI DELLE BIOTECNOLOGIE?

Sono annoverati fra i possibili rischi delle biotecnologie:allergie negli adulti e nei bambinicontaminazione di altri organismi o apparizione di nuovi virus, ibridazioni incontrollate in natura

Ed ora…Alcune

applicazioni delle biotecnologie per la produzione di

farmaci…

Iniziamo con…

Il Diabete

Cos’è il Diabete???Il diabete è una malattia metabolica che colpisce circa il 2% della popolazione in Italia.E’ caratterizzato da un aumento di glucosio nel sangue causato dall’insufficienza di insulina.

Esistono due diversi tipi di diabete…

Diabete di tipo 1:

Si manifesta in soggetti giovani; si cura con la somministrazione di insulina a dosi calibrate.

Diabete di tipo 2 o mellito:

Si manifesta con l’età, e non causa insulino-dipendenza;

è curabile con la somministrazione di farmaci e una dieta equilibrata.

L’insulina… L'insulina è un

ormone proteico prodotto nelle isole di Langerhans all'interno del pancreas.

Struttura dell’insulina: rosso:carbonio, verde:ossigeno; blu:azoto; rosa:zolfo

Inizialmente l’insulina veniva estratta dal pancreas del maiale;

Ora viene prodotta interamente in organismi eterologhi grazie alla tecnica del…

Confronto tra due molecole di insulina: di maiale (a sinistra) ed umana (a destra).

http://www.progettodiabete.org/teca/filmati_conoscere_il_diabete.html

Come viene prodotta l’insulina artificialmente???

Plasmide E.ColiGene LacZ

E. Coli metionina

Insulina

Cellula di E.Coli

Quali sono le prospettive

per il futuro?

Sono in corso delle ricerche per estrarre farmaci e vaccini contro il diabete dalle piante…

i cosiddetti “farmaci verdi”!

• Nel novembre del 2006 è stata scoperta una bio-capsula, che somministrata al paziente rilascia gradualmente piccole quantità di insulina…

A breve la sperimentazione di una capsula per l’utilizzo a lungo termine…

• Altre ricerche hanno invece portato gli scienziati a impiantare cellule staminali all’interno del pancreas per i malati di diabete 1, ottenendo risultati soddisfacenti…

Ma questa è un’altra storia………………

Un’altra applicazione delle biotecnologie riguarda…

ORMONE DELLA CRESCITA o GH o SOMATOTROPINA

E' una proteina semplice formata dalla sequenza di 191 amminoacidi. Venne scoperto nel 1920. Questo ormone si poteva ricavare solo da cervelli di cadaveri, per ricavarne poche gocce ne occorrevano migliaia. E' un ormone prodotto dalla ghiandola pituitaria (ipofisi) su stimolazione del growth hormone-releasing factor o GHRF, sostanza prodotta dall'ipotalamo. Lo stimolo essenziale per la liberazione del GHRF è l'ipoglicemia (per questo il GH viene prodotto specialmente di notte).

Il suo più importante effetto fisiologico è quello di favorire lo sviluppo somatico (sviluppo del corpo): è la sostanza responsabile dell'accrescimento e la sua carenza provoca ritardi nello sviluppo e nanismo. L'ormone della crescita viene da lungo tempo utilizzato per conclamati casi clinici (per esempio, bambini che non riescono a raggiungere una statura media (neppure alla soglia minima).

Il dna che codifica per l’ormone della crescita viene inserito in un batterio

Ormone della crescita ricombinato e identico a quello umano

La sequenza segnalecodifica per la produzionedell’ormone

Utilizzo delle biotecnologie per….

L’interferone beta…

Guaina mielinicaCitochina infiammatoria

Citochina anti-infiammatoria

Cellule immunitarie

Interferone beta

Filmato interferone beta

LaLeucemia

Cos’è la leucemia??

La leucemia è un grave tumore, una malattia neoplastica dei progenitori delle cellule del sangue che provoca un enorme aumento dei globuli bianchi (leucociti).Il termine leucemia (dal greco leukos:bianco e emia:emico, riferito al sangue)significa propriamente sangue bianco e deriva dal colore più bianco del normale conferito al sangue dei leucemici.

I LEUCOCITII leucociti adulti circolanti nel sangue, in

realtà, sono costituiti da molte sottofamiglie:

linfociti T e linfociti B;

leucociti neutrofili;

leucociti eosinofili;

leucociti basofili;

monociti.

Granulociti

I linfociti derivano da un progenitore comune linfoide;

I granulociti e i monociti condividono un precursore mieloide;

… per questo, in base al sottotipo di popolazione che ha subito la degenerazione maligna, le leucemie si suddividono in:

LINFOCITICHE e MIELOIDI

…inoltre, dal punto di vista clinico possono essere divise in:

ACUTE:

hanno prognosi severa e decorso molto rapido.

CRONICHE:

decorrono più lentamente e sono meglio controllabili con i farmaci.

La leucemia MIELOIDE CRONICA (LMC)

Questa malattia è caratterizzata dalla presenza del cromosoma Philadelphia (Ph) che rappresenta l’anomalia genetica specifica della LMC.

Il cromosoma Philadelphia è il risultato di uno scambio (o traslocazione) di DNA tra i cromosomi 9 e 22 che da luogo a un cromosoma 22 più corto.

Rappresentazione schematica del cromosoma Philadelphia (Ph)

Proteina di fusione con elevata attività tirosina-chinasica

22

bcr

abl

9

Ph

Bcr-Abl

9+Cromosoma

Cromosoma

Cromosoma

Cromosoma

Proteina Bcr-Abl

In seguito alla traslocazione, si produce una proteina anomala definita Bcr-Abl, che implica conseguenze disastrose per le cellule del midollo osseo, in particolare la proliferazione incontrollata di globuli bianchi.

Progressione della leucemia mieloide cronica

N

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Ph+

Ph+

Ph+

Ph+

1 2 3 4 5

Anno

N = cellule normali

I principali fattori di rischio

Nonostante gli enormi progressi nel trattamento delle leucemie, la causa della malattia e le modalità di prevenzione sono ancora sconosciute. I ricercatori ritengono che la malattia sia legata ad una complessa interazione di fattori genetici individuali e biochimici con la possibile partecipazione di agenti virali. Si tratterebbe cioè di modificazioni nella struttura dei geni, localizzati nei cromosomi all’interno di ogni cellula, che determinano una crescita incontrollata dei globuli bianchi.

Ecco i principali fattori considerati responsabili:

Fattori ereditari;

Anomalie congenite;

Raggi X;

Virus;

Irritanti chimici.

LA CURAAncora oggi la soluzione, per poter parlare di

guarigione nella leucemia mieloide cronica, è il trapianto allogenico di midollo.

Quando il trapianto non è possibile, oppure è sconsigliabile, per i rischi eccessivi che comporta, si fa ricorso ad altre terapie convenzionali.

Non si deve dimenticare che sono continuamente allo studio nuove forme di terapia per la cura della leucemia mieloide cronica. In particolare sono già ultimati gli studi per un farmaco molto attivo.

GLIVEC (imatinib mesilato)Inibitore selettivo di Bcr-Abl

Un approccio rivoluzionario in terapia oncologica (target therapy):

per la prima volta un farmaco che riconosce ed elimina

solo le cellule portatrici dell’anomalia molecolare

Struttura chimica del Glivec

C29H31N7O•CH4SO3

N NN

NH•

NH•

• CH3SO3HON

N

Meccanismo d’azione del Glivec

Traslocazione 9;22

Proteina di fusione Bcr-AblProteina di fusione Bcr-Abl

Glivec

Ematopoiesi normaleLMC

E’ stato scoperto, però, che la maggior parte dei pazienti con leucemia mieloide cronica in stato avanzato sviluppa di solito una resistenza al Glivec nel giro di pochi anni dall’inizio della terapia.

Da allora gli scienziati hanno cercato nuovi modi per impedire la resistenza al Glivec.

SKI-606Il farmaco SKI-606 blocca la proteina Bcr/Abl con

una potenza di 50-100 volte maggiore rispetto a imatinib (Glivec), inoltre SKI-606 risulta attivo contro quasi tutte le cellule resistenti a imatinib che sono state studiate, sia in vitro su cellule isolate, sia in vivo in animali leucemici.

Il segreto di questa attività così superiore risiede nella capacità di SKI-606 di legare una regione di Bcr/Abl diversa da quella legata da imatinib, costituendo così anche una potenziale terapia di combinazione con esso.

La leucemia LINFATICA ACUTA

E’ la forma più frequente nei bambini e solitamente insorge nella fascia d’età compresa fra i 3 e i 10 anni.

E’ stata studiata una molecola, la CLOFARABINA, che ha il potere di allungare di circa 67 settimane la sopravvivenza dei piccoli pazienti impedendo la sintesi del DNA nelle cellule tumorali e facendo morire le cellule linfatiche e quelle delle ricadute. Ciò incrementa la possibilità di un trapianto del midollo.

Allergie e vaccini

TIPOLOGIE DI CURA…

Metodi tradizionali:Antistaminici;Immunoterapia Specifica (ITS).

Metodi che utilizzano il DNA ricombinante:

OGM

Terapia Genica;

ANTISTAMINICI… UNA VERA CURA?!

Gli Antistaminici NON curano l’Allergia!!

Infatti servono solo per attenuarne i sintomi ed evitare l’eventuale shock anafilattico.

IL PUNTO DELLA SITUAZIONESULL’AZIONE DEGLI ANTISTAMINICI

In un individuo allergico abbiamo:

Contatto con l’allergene liberazione di istamina

I ricettori H3 non trasmettono l’informazione di costruzione alle parti dell’organismo addette alla secrezione di istamina

Gli antistaminici contrastano i ricettori istaminici H3 che tentano di proteggerci dalla sostanza che è riconosciuta estranea.

I ricettori dell’istamina presenti nell’organismo sono di tre tipi: H1, H2 e H3

UN TENTATIVO DI CURA: L’ITS

L’Immunoterapia Specifica consiste nel fornire al paziente dosi sempre maggiori dell’allergene a cui è intollerante con lo scopo di ridimensionare gli effetti della reazione del suo sistema immunitario. In questo modo i sintomi dell’allergia diminuiscono perché l’organismo comincia lentamente a riconoscere la sostanza in questione.

LA TERAPIA GENICA: UNA CURA

Come già visto, la terapia genica consiste nel utilizzo di vettori (come virus e retrovirus) finalizzato a somministrare al paziente una copia funzionante del gene difettoso o non adatto. Può essere fatta in ex-vivo e in-vivo e utilizzata come cura di malattie del sistema immunitario (come le allergie) o di malattie infettive, tumorali ed ereditarie.

I NUOVI VACCINI: GLI OGM

Produzione delle proteine utili all’uomo in altri organismi come: batteri, lieviti, cellule di insetto e di mammifero. Questo può avvenire inserendo nel loro corredo genetico la codifica per la proteina in questione (DNA ricombinante).

Questa applicazione degli OGM potrebbe portare alla creazione di vaccini contro la gran parte delle malattie del corpo umano e non solo (per esempio la dipendenza da fumo)

IL MECCANISMO DEL DNA RICOMBINANTE

METODI TRADIZIONALIPRO:

Antistaminici: bloccano momentaneamente gli effetti dell’allergia bloccando addirittura lo shock anafilattico.

ITS: provoca un cambiamento al sistema immunitario senza agire sul DNA e permette di avere più possibilità di vivere a persone con un’allergia mortale (punture api).

CONTRO:

Antistaminici: il loro effetto è solamente momentaneo.

ITS: Se le dosi risultassero sbagliate si potrebbe arrivare allo shock anafilattico durante la cura; consiste solo in un’attenuazione delle conseguenze dell’allergia, quindi di fatto l’allergia rimane.

METODI INNOVATIVIPRO:

Terapia Genica: se riesce, dà una immunità totale e continua alla malattia per cui viene adoperata.

OGM: possono fornire al corpo le proteine necessarie alla cura dalla malattia modificare il corredo genetico.

CONTRO:

Terapia Genica: c’è la possibilità di arrivare ad una modificazione del corredo genetico umano; non è una tecnica precisissima; problemi etici.

OGM: dal fatto che il DNA non sia presente sempre nel corredo genetico deriva che per contrastare la malattia bisogna assumere più volte le proteine necessarie.

Gloria Busatto

Nicola Rizzato

Giorgia Signoretto