del gen al fármacoDiseño y desarrollo de imatinib (GLIVEC® de Novartis)

La LEUCEMIA MIELOIDE CRÓNICA (LMC):Es una enfermedad hematológica causada por una anomalía adquirida del ADN de las células madre de la médula ósea. Esta anomalía da lugar a un gen que produce una proteína anómala quealtera la producción habitualmente bien controlada de leucocitos por parte de la médula ósea, lo cual puede conducir, a su vez, a un aumento masivo del número de leucocitos en sangre. Aproximadamente 25.000 personas fallecen cada año en todo el mundo por LMC

http://www.learner.org/channel/courses/biology/casestudy/cancer.html

Estudiar y conocer la enfermedad

Identificar la causa de la enfermedad

Identificar la diana terapéutica

HN

O

OH

tirosina quinasa

HN

O

Op

O

OH

OH

activación de procesos

celulares

Objetivo: inhibición de la unión del ATP y el bloqueo de la

fosforilación y la transducción de señales subsiguiente

Pasos en el desarrollo de imatinib:

Estudiar y conocer la enfermedadIdentificar la causa de la enfermedadIdentificar la diana terapéuticaBúsqueda de un prototipoModificación molecular del prototipoEnsayos biológicos in vitro e in vivoEnsayos clínicos en humanosSe aprueba un nuevo fármaco

Diseño y desarrollo de imatinib (GLIVEC® de Novartis)

1º ACTIVIDAD: Cribado de alto rendimiento: HTSEn esta actividad, seleccione los inhibidores más prometedores según los resultados del screening. Estos serán nuestro punto de partida.

Respuesta correcta:

Cribado al azar de alto

rendimiento:

Encontrar un inhibidor de tirosina quinasa Bcr-Ablconmienza con un proceso de screening de cientos de compuestos.La microplaca de la derecha permite examinar 96 compuestos a la vez. Cada pocillo contiene enzima y el sustrato natural (ATP) cuando esta unión se hace efectiva el pocillo se colorea. A cada pocillo se añade un posible inhibidor. Si el inhibidor es efectivo el pocillo no se colorea.

2ª ACTIVIDAD: ¿Que características hacen a un fármaco efectivo?En esta actividad, para la relación de características dadas a continuación, elija y discuta para cada una de ellas, la opción más probable

Característica 1: Especificidad

específico no-específico

Respuesta correcta:

Característica 2: Propiedades químicas

grande y con carga pequeño y neutro

Respuesta correcta :

Características de los fármacos

En el Screening se encontraron dos inhibidores prometedores. Estos cabeza de serie se sometieron a varias modifi-caciones moleculares con el fin de desarrollar un inhibidor de Bcr-Abl más específico, efectivo y menos tóxico.

Antes de comenzar con el diseño de imatinib vamos a considerar nuestros objetivos:

¿Que características hacen a un fármaco efectivo?

Característica 3: Concentración inhibitoria¿Qué concentraciones de fármaco se necesitan para inhibir la enzima?

altas bajas

Respuesta correcta:

Característica 4: Estabilidad química in vitro e

in vivo ¿Qué se desea de un fármaco que sea inestable y se degrade rápidamente o que sea estable y se degrade lentamente?

estable inestableRespuesta correcta:

2ª ACTIVIDAD: ¿Que características hacen a un fármaco efectivo?En esta actividad, para la relación de características dadas a continuación, elija y discuta para cada una de ellas, la opción más probable

Características de los fármacos

En el Screening se encontraron dos inhibidores prometedores. Estos cabeza de serie se sometieron a varias modifi-caciones moleculares con el fin de desarrollar un inhibidor de Bcr-Abl más específico, efectivo y menos tóxico.

Antes de comenzar con el diseño de imatinib vamos a considerar nuestros objetivos:

¿Que características hacen a un fármaco efectivo?

3ª ACTIVIDAD: Comparación de los prototipos con los sustratos

naturales. En esta actividad debe orientar las moléculas para buscar las analogías entre sustratos y prototipos y determinar que tipo de miméticos son.

CN

O

NHR2HO

HOR

Prot ot ipo 1

N

N

HN

R

Prot ot ipo 2E8D4

Comparación de los sustratos naturales y los prototipos

Ahora que conocemos las cualidades que queremos que tenga nuestro fármaco, nos centramos en nuestros prototipos.Muchos fármacos actúan como inhibidores enzimáticos competitivos. Estos, generalmente tienen un gran parecido estructural como el sustrato natural con el que compiten. En nuestro caso los sustratos naturales son un residuo de tiro-sina y el ATP. Un compuesto que mimetice a una de estas estructuras debe ser en principio un buen candidato.Uno de nuestros prototipos mimetiza al ATP y el otro a la tirosina... ¿cuál es cuál?

N

NN

N

NH2

PO

OHOP

O

OHOP

OHO

OH

ATP

HO

Residuo de tirosina

Moléculas sustrato de Bcr-Abl:

Modificación molecular de los miméticos de ATP

Después de encontrar un cabeza de serie (prototipo 2) el siguiente paso en el desarrollo de fármacos es su modificación molecular para mejorar ciertas propiedades como la solubilidad y la especificidad, teniendo en cuenta que en este proceso hay que mantener el balance hidrofilia-lipofilia para que además de ser soluble pueda atravesar las membranas biológicas.

En el siguiente esquema se explican los pasos seguidos para aumentar la afinidad por la Bcr-Abl.

Respuesta correcta:

4ª ACTIVIDAD:Modificación Molecular del Mimético de ATP.En esta actividad debe dar una justificación de porqué se aumenta la selectividad al introducir el grupo metilo en orto.

N

N

HN

R1 R2

enlace de hidrogéno necesario

si se elimina este N cambia la conformacióny no se produce el enlace de hidrógeno

N

N

HN

N

N

N

HN

NHN

O

R

CH3HN

O

R

N

N

HN

NHN

O

CH3

amida estable a la hidrólisis

N

N

HN

NHN

O

CH3

grupo solubilizante

optimización de R1 y R2

5ª ACTIVIDAD: Aumento de la solubilidad. En esta actividad debe

comentar las propiedades químicas de los siguientes grupos químicos. Seleccione uno de ellos para añadírselo al compuesto optimizado en el apartado anterior.

Modificación molecular de los miméticos de ATP

Desafortunadamente el compuesto anteriormente optimizado tenía muy poca solubilidad. Se pensó en un principio en derivarlo a un profármaco con mejor perfil ADME pero finalmente se decidióintroducir en la estructura grupos solubilizantes.

¿Qué grupos de los mostrados a continuación reúne todos los requisitos para que el fármaco siga siendo selectivo, sea soluble y atraviese las membranas biológicas?

Respuesta correcta:

Aumenta la analogía estructural con el ATP

Tiene un buen balancehidrofilia/lipofilia

Favorece el paso de membranas biológicas

ventajas

N

N

HN

NHN

O

CH3

R

OPO

OPO

OPO

OHOHOHOH

NN

CH3

CH3CH3

fosfato

metilpiperazina

isopreno

Imatinib: Inhibición de Bcr-Abl, estudios in vitro

La introducción de un grupo metilpiperazina aumenta la interacción a través de enlaces de hidrógeno con la diana y facilita el paso de las membranas biológicas para acceder a ella. Después de esta modificación el compuesto es nuevamente ensayado in vitro. La gráfica de la derecha muestra los resultados de dichos ensayos para tres compuestos (uno de ellos es nuestro prototipo modificado) frente a tres quinasas diferentes.

Se desea un compuesto de baja CI50 y selectivo.

6ª ACTIVIDAD: Estudio de la selectividad en ensayos in vitroEn esta actividad elija el compuesto más efectivo frente a la Bcr-Abl y que tenga menos efectos secundarios.

¿Qué compuesto es el más prometedor?

compuesto 1 compuesto 2 compuesto 3

Respuesta correcta:

Imatinib: Inhibición de Bcr-Abl, ensayos en cultivos celulares

El siguiente paso en el desarrollo de fármacos es una vez determinada su capacidad inhibitoria ensayar su actividad antiproliferativa frente a líneas de células tumorales. Para que el fármaco sea activo debe inhibir el crecimiento de las células tumorales (CML) pero no afectar al crecimiento de células sanas.

En el siguiente ensayo células CML y células normales son tratadas con imatinib.

Comente dicho ensayo.

Respuesta correcta:

Ensayos en cultivos celulares

Glivec: Ensayos clínicos

Después de los ensayos positivos in vitro y en cultivos celulares los investigadores comienzan los estudios en animales y humanos. Los primeros resultados con imatinib fueron sorprendentes: el recuento de células leucémicas en sangre era normal en el 90% de los pacientes tratados.

Esto motivó a la industria Novartis a la comercialización del producto y su producción a gran escala aunque el mercado al que va dirigido es pequeño.

... Pero ...

Ensayos clínicos

¿Se ha diseñado el fármaco ideal para el

tratamiento de la Leucemia mieloide

crónica?

Mecanismos de resistencia: mutaciones

N

N

HN

NHN

O

CH3

NN

CH3

imatinib

Desafortunadamento NO, como muchos otros fármacos antitumorales glivec desarrolla resistencias a través de varios mecanismos:

Mutaciones de la dianaSobreexpresión de la dianaMRD

Mecanismos de resistencia: Multi drug resistance

N

N

HN

NHN

O

CH3

NN

CH3

imatinib

Mecanismos de resistencia: sobreexpresión de Bcr-Abl

N

N

HN

NHN

O

CH3

NN

CH3

imatinib

Como funciona Glivec

N

N

HN

NHN

O

CH3

NN

CH3

imatinib

Cronología de Glivec: Modelo de Terapia de diana molecular

N

N

HN

NHN

O

CH3

NN

CH3

imatinib

1845 investigadores alemanes y escoceses describen una enfermedad que más tarde se conocerá como LMC

1960 Se descubre en Phildelphia la existencia de un cromosoma anormal presente en pacientes con LMC

1984-85 Se identifica la enzima Bcr-Abl tirosina quinasa como la implicada en el crecimiento y división incontrolada del al LMC

1990 Investigadores de Ciba-Geigy (hoy Novartis) identifican varios compuestos inhibidores de dicha enzima

1992 STI 1571 se sintetiza por Zizermman y col.1992 Se patenta STI 1571Mayo 1999 Primeros estudios clínicos presentados a

la comunidad de oncólogosNoviembre 1999 STI 1571 (imatinib) entra en

ensayos clínicos fase IMayo 2001 en UK se aprueba por la FDA la

comercialización7 noviembre 2001 es aprobado por la EMEA