Teresio Avitabile European Frontiers in Ocular Pharmacology Catania December 7 th, 2007 Azienda...

Teresio Avitabile

European Frontiers in Ocular Pharmacology

Catania December 7th, 2007

Azienda Ospedaliero Universitaria Vittorio EmanueleDivisione Clinicizzata di Oculistica

Direttore: Prof. T. Avitabile

The Endocannabinoid System The Endocannabinoid System as an Emerging Target of as an Emerging Target of

OphthalmotherapyOphthalmotherapy

The Endocannabinoid System The Endocannabinoid System as an Emerging Target of as an Emerging Target of

OphthalmotherapyOphthalmotherapy

Sistema degli oppiacei = tabù per il nostro Paese?Sistema degli oppiacei = tabù per il nostro Paese?

“Nonostante le Linee Guida internazionali OMS ed EAPC raccomandino gli oppioidi forti come

farmaci di prima scelta nel trattamento del dolore moderato-severo, l’Italia si colloca agli ultimi posti

in Europa per il consumo di questa opzione terapeutica, che resta un tabù anche a causa dell’eccessiva

burocrazia che ne ostacola la prescrizione.Ovviamente anche la ricerca ne risente notevolmente.”

Medic@l News: n. 40 2007

Micale V., Mazzola C., Drago F.Micale V., Mazzola C., Drago F.Endocannabinoids and psychopathology: The therapy inside.Pharmacol Res. 2007 Nov;56(5):357-9

Drago F.Drago F.Endocannabinoids and neurodegenerative diseases.Pharmacol Res. 2007 Nov;56(5):382-92. Epub 2007 Sep 11

Romano M.R., Lograno M.Romano M.R., Lograno M.Evidence for involvement of Cannabinoid CB1 receptors in the Bimatoprost induced contractions on the human isolated ciliary muscle.Invest. Ophthalmol. Vis Sci. 2007; 48: 3677-3682.

Reibaldi A., Lograno M., Avitabile T.Reibaldi A., Lograno M., Avitabile T.Iris receptors of fresh human eye.Ann. Ophthalmol. 1984 aug; 16(8): 746-8.

Sistema degli oppiacei = tabù per il nostro Paese?Sistema degli oppiacei = tabù per il nostro Paese?

I C a n n a b i n o i d iI C a n n a b i n o i d i

I cannabinoidi naturali (circa 70 fitocannabinoidi) sono stati isolati dalla Cannabis sativa e presentano attività farmacologiche e/o terapeutiche più o meno documentate

I cannabinoidi endogeni (endocannabinoidi) sono una nuova classe di neuromediatori capaci di interagire con i recettori per i cannabinoidi. Il “Sistema Endocannabinoide” è costituito dagli endocannabinoidi, dai loro recettori e dagli enzimi coinvolti nel loro metabolismo.

I cannabinoidi sintetici rappresentano una famiglia di composti in continua espansione, realizzati in laboratorio a scopo terapeutico e/o di ricerca scientifica

Pertwee RG, Cannabinoid Pharmacology: the first 66 years, Br J Pharmacol, 2006

Exogenous Versus Endogenous CannabinoidsExogenous Versus Endogenous Cannabinoids

Cravatt B. The Scripps Research Institute 2007

O

CH3

OH

Δ -THC9

-Composti attivi della marijuana-Agonisti della proteina-G legata al recettore (CB1)-Inducono intensi effetti comportamentali nei roditori

Exogenous Versus Endogenous CannabinoidsExogenous Versus Endogenous Cannabinoids

NH

O

HO

Palmitoiletanolammide (PEA)

Prodotti in risposta ad una varietà di stimoli neuronali (elettrici, chimici, ecc.)

Inducono effetti comportamentali brevi e transitori nei roditori


2-Arachidonilglicerolo (2-AG)

N-Arachidoniletanolammina o Anandamide (AEA)

Lipidi naturali del SNC (fatty acid amide) Ligandi e attivatori dei CB1 in vitro

Endogenous

Gli effetti psicogeni dei cannabinoidi (fitocannabinoidi) costituiscono un insormontabile ostacolo allo sviluppo di

farmaci attivi sui recettori CB1 e CB2

Cannabinoidi ed Effetti CollateraliCannabinoidi ed Effetti Collaterali

È stato perciò naturale lo sviluppo di un grande interesse scientifico ed applicativo per gli endocannabinoidi ed il

loro metabolismo

SISTEMA DOPAMINERGICOSISTEMA DOPAMINERGICO

…. bei tempi!!!

…… e adesso?

Sistema endocannabinoideSistema endocannabinoide

Cannabinoid Signaling in the CNSCannabinoid Signaling in the CNS


Anandamide

CB1

Biosynthesis (Ca++)

Catabolism (FAAH)

Go

cAMP

Phospholipids Arachidonic Acid

THCMarijuana

Behavioral Effectsof CB1 Activation

- hypomotility

- analgesia

- catalepsy

- hypothermia

Regolano numerosi pathways intracellulari Modulano la neurotrasmissione, regolando i canali ionici per K+ e Ca2+

Struttura dei Recettori CB1 e CB2

I Recettori per i Cannabinoidi (I Recettori per i Cannabinoidi (CB1CB1 e e CB2CB2) )

I Recettori CB1 e CB2 appartengono alla famiglia dei recettori

con 7 domini transmembrana accoppiati a proteine G, responsabili

dei meccanismi di trasduzione del segnale intracellulare

Straiker A, J Neurphysiol, 2003; Howlett AC, Pharmacol Rev, 2002; Howlett AC, Handb Exp Pharmacol, 2005

Recettori per i Cannabinoidi (Recettori per i Cannabinoidi (CB1CB1, , CB2CB2) )

Recettori CB1 Sono primariamente espressi nel SNC e nei neuroni periferici a livello sinaptico

Sistema Nervoso Centrale

Recettori CB1

LocalizzazioneRidotta locomozione e temperatura corporea, catalessi, alterazione della memoria, sedazione, euforia

Effetti Biologici

Sistema Nervoso PerifericoAnalgesia, riduzione della tosse, inibizione del transito intestinale

Sistema Immunitario

Localizzazione Effetti Biologici

Sistema Nervoso Periferico

Azione Immunomodulatrice

Recettori CB2Sono completamente assenti nel SNC e sono predominantemente espressi dalle cellule del

sistema immune e da quelle ematiche

Analgesia periferica e azione anti-infiammatoria

Berdyshev EV, Chem Phys Lip, 2000; LoVerme J, Life Sci, 2005; Massi P, Curr Pharm Des, 2006;

Peroxisomeeroxisome

Proliferatorroliferator

Activated ctivated

Receptoreceptors

I Recettori nucleari per i Cannabinoidi (I Recettori nucleari per i Cannabinoidi (PPARsPPARs))

O’Sullivan SE 2007

PPARs(α,β,γ,δ)

PPARs

O’Sullivan SE 2007

.

• Sono recettori ormonali nucleari

• Agiscono come fattori di trascrizione

• Sono attivati da prostaglandine e leucotrieni

• Regolano l’espressione genica di proteine coinvolte nello storage storage degli acidi degli acidi grassigrassi

I Recettori nucleari per i Cannabinoidi (I Recettori nucleari per i Cannabinoidi (PPARsPPARs))

Recettori nucleari per i Cannabinoidi (Recettori nucleari per i Cannabinoidi (PPARs PPARs αα,,ββ,,γγ) )

Recettori PPSRs Sono primariamente espressi a livello nucleare

Regolano la crescita e la differenziazione cellulare

Effetti Biologici

Regolano il bilancio lipidico, l’assorbimento del glucosio, il peso corporeo.

Effetti Biologici

Azione Immunomodulatrice

Proprietà anti-infiammatorie

Effetti cardiovascolari

Kapadia R. Front Biosci. 2008 J1;13:1813-1826Cresci S. Pharmacogenomic 2007 Ward J.E. PPARs 2007

ATTIVATORI NATURALI DELLE PPARs (ATTIVATORI NATURALI DELLE PPARs (αα,,ββ,,γγ,,δδ) )

Anandamide

Virodamina

Olineiletanolamide

Noladina

PEA

PPARs α

Anandamide

2AG

Acido ajulenico

(analogo THC)

Proprietà antinfiammatorie

N-ADA ?

HU 210 ?

WIN 55212 ?

CP 55940 ?

GPR55 ?

PPARs γ

Njie YF Invest. Ophthalmol. Vis Sci 2006 O’Sullivan SE Br. J. Pharmacol. Nov. 2007

Metabolismo lipidicoProprietà antinfiammatorie

PPARs γ

PPARs δ ???

CB1 trabecolato

CitoscheletroActina

> deflusso

GPR55

Peterwee R.G. Br. J. Pharmacol. Sept. 2007

Sono diversi dai CB1 e CB2

Hanno spiccata attività psicoattivaGPCR

ARRICCHISCONO IL “CLAN” DEI RECETTORI CANNABINOIDI ARRICCHISCONO IL “CLAN” DEI RECETTORI CANNABINOIDI

… e chissà quanti altri ancora!

I CannabinoidiI Cannabinoidi

La scoperta dei recettori per i cannabinoidi e dei loro ligandi lipidici endogeni (endocannabinoidi) ha fatto ipotizzare un enorme ed eccitante numero di applicazioni terapeutiche che potrebbero derivare dalla modulazione dell’attività del “Sistema Endocannabinoide”:•malattie del metabolismo•dolore e infiammazione•malattie del sistema nervoso centrale (schizofrenia, sclerosi multipla, ansietà, depressione)•malattie cardiovascolari e respiratorie•malattie oculari (glaucoma, degenerazioni retiniche, neuriti….)•cancro•malattie gastrointestinali ed epatiche•malattie muscoloscheletriche e del sistema riproduttivo

Pacher P, The Endocannabinoid System as an Emerging Target of Pharmacotherapy, Pharmacol Rev, 2006

Recettori per i Cannabinoidi (Recettori per i Cannabinoidi (CB1CB1))

Localizzazione Oculare dei CB1 Meccanismo d’Azione

Epitelio cornealeEndotelio del segmento anterioreCanale di Schlemm Epitelio ciliare Muscolo ciliare Trabecolato Cellule Gangliari RetinicheFotorecettori

• Potenziano la fotosensibilità• Influenzano l’eccitabilità neuronale

nel pathway visivo (modulando le correnti di Ca+ e K+)

• Modulano il rilascio di neurotrasmettitori dalle sinapsi del sistema visivo (essendo localizzati sulle terminazioni nervose dei fotorecettori)

Straiker AJ, IOVS, 1999; Yazulla S, Vis Neurosci, 2000; Straiker A, J Neurophysiol, 2003; Stamer WD, Eur J Pharmacol, 2001

Cannabinoidi e GlaucomaCannabinoidi e Glaucoma

Potenziali Effetti Biologici dei Cannabinoidi nell’Occhio

Porcella A, Eur J Neurosci, 2000; Porcella A, Eur J Neurosci, 2001; Jarvinen T, Pharmacol Ther, 2002; Stamer WD, Eur J Pharmacol, 2001; Chen J, Biochem Biophys Res Comm, 2005; Tomida I, Br J Ophthalmol, 2004

Ruolo Anti-ipertensivo

La localizzazione dei recettori CB1 nei processi ciliari e nel trabecolato (le due strutture che primariamente contribuiscono alla regolazione della PIO) ha fatto ipotizzare un ruolo per I cannabinoidi nel controllo della PIO

spiegando l’effetto ipotensivo della marijuana

Ruolo Neuroprotettivo

La localizzazione dei recettori CB1 nella cellule gangliari retiniche ha fatto ipotizzare un ruolo dei cannabinoidi nella neuroprotezione

Gli EndocannabinoidiGli Endocannabinoidi

Sono molecole lipidiche endogene in grado di attivare i recettori dei cannabinoidi (agonisti), vari canali ionici ed altri

targets molecolari

Mechoulam R, Endocannabinoids, Eur J Pharmacol, 1998

I due prodotti più studiati sono:



Mechoulam R, Eur J Pharmacol, 1998; Di Marzo V, Biochim Biophys Acta, 1998; Sugiura T, Chem Phys Lip, 2000;



È il più specifico ed abbondante agonista endogeno dei recettori CB1, CB2 e PPAR γ


È più selettiva verso i recettori CB1 rispetto ai CB2 E’ attiva anche sui recettori PPARs α,γ e vanilloidi di tipo 1 (TRPY1: Transient Receptor Potential Vanilloid Type 1)


È un analogo dell’Anandamide

PEA AEA Riduce l’espressione di FAAH Agisce da substrato di FAAH in competizione con AEA Inibisce fino ad un massimo del 78% (con una pl50=5,3) la degradazione

metabolica dell’AEA mediata da FAAH Potenzia l’attività neuroprotettiva dell’AEA incrementandone l’affinità per i

recettori e inibendo la sua degradazione metabolica

Di Marzo V, Biochem J, 2001; Jonsson KO, Br J Pharmacol 2001; Vandervoorde S, J Med Chem, 2003; Ben-Shabatet S Eur J Pharmacol, 1998; Mechoulam R, Eur J Pharmacol, 1998; Lambert DM, Curr Med Chem, 1999;

Smart D, Br J Pharmacol, 2002; Re, G, Vet J, 2007


I Recettori CB1 e gli EndocannabinoidiI Recettori CB1 e gli Endocannabinoidi

Un gran numero di evidenze sperimentali confermano l’ipotesi che i recettori CB1 e i loro agonisti giochino un ruolo nella regolazione

della pressione intraoculare (PIO) e nella neuroprotezione:

Pacher P, Pharmacol Rev, 2006Crandall J, Ophtalmic Res, 2007

La neuroprotezione è un’azione diretta o mediata dall’effetto ipotonizzante?

1. I recettori CB1 sono espressi nel corpo ciliare dei ratti, nell’epitelio ciliare dell’uomo, nel muscolo ciliare, nei vasi del corpo ciliare, nel

trabecolato, nel canale di Schlemm e nella retina di numerose specie

• Porcella A, Brain Res Mol Brain Res, 1998• Straiker A, PNAS, 1999

• Porcella A, Eur J Neurosci, 2000• Stamer WD, Eur J Pharmacol, 2001

• Straiker A, IOVS, 1999• Yazulla S, J Comp Neurol, 1999• Yazulla S, Vis Neurosci, 2000


1

I recettori CB1 oculari sono funzionalmente attivi in quanto i CB1 agonisti, applicati localmente, abbassano la PIO nell’uomo e nell’animale ed i loro

effetti possono essere annullati da antagonisti sintetici.

Detti recettori sono altresì funzionalmente attivi nel trabecolato e nel muscolo ciliare

• Pate DW, Life Sci, 1998• Song ZH & Slowey CA, J Pharmacol Exp Ther, 2000

• Porcella A, Eur J Neurosci, 2001• Chien FY, Arch Ophthalmol, 2003

• Stumpff F, Exp Eye Res, 2005• Jarvinen T, Pharmacol Ther, 2002

• Lograno MD & Romano MR, Eur J Pharmacol, 2004


2

• Bisogno T, Arch Biochem Biophys, 1999• Straiker A, PNAS,1999• Straiker A, IOVS, 1999

• Stamer WD, Eur J Pharmacol, 2001• Chen J, Biochem Biophys Res Commun, 2005


3

Gli endocannabinoidi si trovano nei tessuti oculari quali retina, corpo ciliare e coroide ed i livelli di AEA, 2-AG e PEA diminuiscono

significativamente nei pazienti con glaucoma

Perché le concentrazioni degli endocannabinoidi diminuiscono nei pazienti glaucomatosi?

Il metabolismo degli endocannabinoidi è rapido ed è ulteriormente accelerato nel glaucoma a causa della iperespressione di un enzima (FAAH, Fatty Acid Amide Hydrolase) responsabile della loro degradazione.

In particolare, l’AEA viene idrolizzata per dare acido arachidonico ed etanolamina. in un modello animale

Endocannabinoidi e GlaucomaEndocannabinoidi e Glaucoma

AEA Acido ArachidonicoAcido Arachidonico+ Etanolamina+ EtanolaminaFAAH

In un modello sperimentale animale di ischemia retinica da elevata PIO, la AEA si riduce (-75%) per degradazione favorita dall’enzima FAAH iperespresso

Nucci C, IOVS, 2007

Da Cravatt B., The Scripps Res Inst,2007

Fatty Acid Amide Hydrolase

STRUTTURA DELLE FAAH

I livelli e l’attività dell’ anandamide sono regolati principalmente in vivo da un singolo enzima degradativo (FAAH)

FAAH determina il tono cannabonoide endogeno che modula neimammiferi la percezione del dolore (sono possibili ulteriori

effetti neuroregolatori)

ATTIVITA’ DELLE ATTIVITA’ DELLE FAAHFAAH

E’ possibile che il controllo dell’anandamide e delle amidi di acidi grassi correlate sia strettamente controllato da

un singolo enzima?

Cravatt et al. PNAS 2001

ATTIVITA’ DELLE ATTIVITA’ DELLE FAAHFAAH

Da Cravatt B., The Scripps Res Inst,2007

È evidente che un intervento sul sistema endocannabinoide attraverso il risparmio dell’AEA o la riduzione nella sua degradazione metabolica diventa un target terapeutico

Anandamide e GlaucomaAnandamide e Glaucoma

Il nostro organismo produce una sostanza che possiamo definire un “analogo” dell’AEA ad attività anti-infiammatoria e neuroprotettiva in grado di garantire il risparmio dell’AEA.

È una molecola naturale originariamente isolata nella lecitina di soia e poi

identificata come molecola endogena nella maggior parte dei tessuti di

mammiferi

La Palmitoiletanolammide (La Palmitoiletanolammide (PEAPEA))

E’ stata riscontrata una significativa riduzione dei livelli di PEA

a livello del corpo ciliare in occhi di pazienti affetti da glaucoma.

cornea iride retina coroide

normale

glaucomatoso

[PE

A]

pm

ol/g

te

ssu

to

Chen J. Biochem Biophys Res Commun. 2005

corpo ciliare

Lambert DM, The Palmitoylethanolamide Family: A New Class of Anti-inflammatory Agents, Curr Med Chem, 2002;

La Palmitoiletanolammide (PEA)La Palmitoiletanolammide (PEA)

EFFETTO ANSIOLITICO

EFFETTO ANTIDEPRESSIVO

EFFETTO ANTINFIAMMATORIO

Micale V., Mazzola C., Drago F.Micale V., Mazzola C., Drago F.Endocannabinoids and psychopathology: The therapy inside. Pharmacol Res. 2007 Nov;56(5):357-9

PEA regola la migrazione microgliale interagendo conrecettori cannabinoido-simili.

Inoltre, la PEAPEA agisce indirettamente incrementando

l’affinità per i recettori (CB1 E PPAR α) o inibendo la degradazione

metabolica di altri endocannabinoidi quali l’anandamide.

Fibra Fibra nervosanervosaMastocita

Vaso delmicrocircolo


EFFETTO ANTINFIAMMATORIO

Lambert DM, The Palmitoylethanolamide Family: A New Class of Anti-inflammatory Agents, Curr Med Chem, 2002;


La PEAPEA agisce da antagonista locale del danno (infiammazioni, traumi, > PIO) attraverso una “down-regulation”

della degranulazione mastocitaria, mediata attraverso l’interazione con i recettori “CB2-like” espressi dai

mastociti attivati e dai sensori neuronali


EFFETTO ANTIPROLIFERATIVO


Fibra Fibra nervosanervosaMastocita

Vaso delmicrocircolo

PEA facilita potentemente gli effetti antiproliferativi dell’anandamideinibendo l’espressione della FAAH.

PEA facilita in maniera dose correlata l’effetto inibitorio dell’AEAsulla proliferazione indotta da NGF, senza indurre alcun effettocitostatico

Di Marzo V. Biochem J. 2001).

Anandamide, 2-AG e PEA in tessuti oculari postmortem (coroide, corpo ciliare, iride) di pazienti con retinopatia diabetica o degenerazione maculare legata all’età

Matias I Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2006

Casanova ML, J Clin Invest, 2003; Blazquez C, FASEB J, 2003; Ronco AM, Pharmacology, 2007

CANNABINOIDI E AMDCANNABINOIDI E AMD

I cannabinoidi e gli endocannabinoidi possono trovare applicazione nella terapia della AMD poiché in grado di intervenire su alcuni target patogenetici:

Ossidazione

Neovascolarizzazione

I cannabinoidi e gli endocannabinoidi infatti:

Presentano attività antiossidante

Diminuiscono l’espressione di fattori pro-angiogenetici (VEGF) e angiostatici (Angiopoietina-2)

Inibiscono la produzione di marker di alterazione vascolare (Endotelina-1)

I cannabinoidi (e perciò possiamo ipotizzare anche gli endocannabinoidi) possono trovare applicazione nella terapia della retinopatia diabetica poiché possono ridurre i livelli di:- TNF-alfa- VEGF- Stress ossidativo- Molecole di adesione

El-Remessy AB , Am J Pathol, 2006

Neurotossicità

Infiammazione

Rottura Barriera Emato-Retinica

Sono altresì in grado di prevenire la morte delle cellule retiniche e la iperpermeabilità

vascolare in retine diabetiche

CANNABINOIDI E RETINOPATIA DIABETICACANNABINOIDI E RETINOPATIA DIABETICA

ENDOCANNABINOIDI AMD E RETINOPATIA DIABETICAENDOCANNABINOIDI AMD E RETINOPATIA DIABETICA

Anandamide, 2-AG e PEA in tessuti oculari postmortem (coroide, corpo ciliare, iride) di pazienti con retinopatia diabetica o degenerazione maculare legata all’età (Matias I Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2006).

PEA facilita potentemente gli effetti antiproliferativi dell’anandamideinibendo l’espressione della FAAH.PEA facilita in maniera dose correlata l’effetto inibitorio dell’AEAsulla proliferazione indotta da NGF, senza indurre alcun effettocitostatico (Di Marzo V Biochem J. 2001).

RECENTI OSSERVAZIONI SUGLI ENDOCANNABINOIDIRECENTI OSSERVAZIONI SUGLI ENDOCANNABINOIDI

Livelli cerebrali di endocannabinoidi

Protezione contro la neurotossicitàda beta-amiloide

Van der Stelt M. et al Cell Mol Life Science 2006

Ruolo neuroprotettivo degli endocannabinoidi in malattie neurodegenerative mediato da CB1 e CB2

(Alzheimer, S. di Huntington e Sclerosi Multipla)

Micale V. Drago F. Pharmacol Res. 2007

RECENTI OSSERVAZIONI SUGLI ENDOCANNABINOIDIRECENTI OSSERVAZIONI SUGLI ENDOCANNABINOIDI

BIMATOPROST

Contrattilità del muscolo ciliare nell’uomo

CB1

> Deflusso U.A.

Rec. Prostanoidi

Woodward DF Cardiovasc. Drug Rev. 2004 Romano MR Invest. Ophthalmol. & Vis. Sc. 2007

STUDI CLINICI PROSPETTICI CONTROLLATISTUDI CLINICI PROSPETTICI CONTROLLATI


Attività ipotonizzante

Attività neuroprotettiva

Attività antiinfiammatoria


Protocolli di studio:

- Ipertensione oculare

- Glaucoma

- AMD

- Neuropatie ottiche



Procedure informatiche

che ci consentono di attuare

- Protocolli standardizzati

- Elaborazioni statitistiche in tempo reale

FARMACI DI ABUSO

PRODOTTI TERAPEUTICI

DATI SPERIMENTALI STUDI CLINICI

CONCLUSIONICONCLUSIONI

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