Farmacologia

Lo studio delle sostanze che interagiscono con i sistemi viventi

mediante processi chimici e legami con molecole regolatrici

Lo sviluppo della farmacologia

Farmacologia clinica

Scienza che si occupa delle sostanze

utilizzate per prevenire, diagnosticare

e trattare le malattie

Farmacocineticadisciplina che studia le basi teoriche

dell'assorbimento, distribuzione ed

eliminazione dei farmaci

Farmacogenetica

Studia le risposte atipiche o abnormi ai farmaci

e le differenze interindividuali correlate a

fattori ereditari

Farmacodinamica

disciplina che studia le interazioni dei farmaci

con i bersagli cellulari e molecolari

(meccanismo d’azione)

Farmacovigilanza

Controlla la sicurezza d’uso dei farmaci,

monitorando l’insorgenza di reazioni avverse

rilevate a livello ospedaliero e di popolazione

Farmacoeconomia

Valuta il rapporto costo/beneficio di un

trattamento farmacologico ai fini di una

corretta gestione della politica sanitaria

Farmacoepidemiologia

È lo studio, in grandi popolazioni, degli effetti

terapeutici, dei rischi e dell’uso dei

farmaci

Tossicologia

Descrive la tossicità dei farmaci e la relativa

sintomatologia

Definizioni

• Farmaco (o principio attivo)

Sostanza in grado di indurre, attraverso le sue proprietà chimiche, fisiche o fisico-chimiche, variazioni funzionali nell’organismo

• Medicamento

È un farmaco quando, somministrato a dosi opportune, determina variazioni funzionali in senso terapeutico, profilattico o diagnostico

• Tossico o veleno

Quando causa variazioni dannose per l’organismo

Origine dei farmaci

Principi attivi

Il termine droga (dal francese drogue, erba essiccata) indica i vegetali o parti

di essi (foglie etc.) o i prodotti ottenuti da animali (estratti etc.) che esplicano

azione medicamentosa

Medicinali e forme farmaceutiche

• Medicinale: farmaco preparato in forma

farmaceutica idonea alla via di

somministrazione prescelta ai fini del

trattamento

• Forma farmaceutica: oltre al principio attivo,

contiene componenti solidi (eccipienti) o

liquidi (veicoli) privi di attività, per conferire al

prodotto un determinato stato fisico, stabilità,

proprietà organolettiche

Forme farmaceutiche

Categorie di medicinali

1. Galenici industriali o farmaci

preconfezionati prodotti industrialmente

2. Prodotti magistrali

3. Specialità medicinali

4. Farmaci generici o bioequivalenti

Galenici industriali

• Medicinali prodotti dall’industria farmaceutica secondo il Formulario Nazionale della Farmacopea Ufficiale

• Rientrano in questa categoria:

1. Soluzioni per infusione (es. fisiologica, glucosata etc.)

2. Preparati di paraffina (olio di vaselina etc.)

3. Preparati di glicerolo (supposte di glicerina etc.)

4. Unguenti, tinture (iodio, fucsina)

5. Antisettici (acqua ossigenata)

6. Alcune formulazioni di principi attivi (es. atropina e adrenalina)

Prodotti (o galenici) magistrali

• Medicinali allestiti estemporaneamente dal

farmacista dietro specifica prescrizione del

medico (magister) destinata ad un singolo

paziente

• I principi attivi contenuti nei prodotti magistrali

devono comunque essere autorizzati al

commercio in Italia o nell’Unione Europea

Specialità medicinali• Rappresentano la maggioranza dei farmaci di

comune impiego

• Molecole originali coperte da brevetto (validità 20-25 anni) che ne garantisce l’esclusività della commercializzazione

• La specialità è introdotta in commercio con un nome di fantasia seguita dalla denominazione comune internazionale (DCI) del principio attivo

Farmaci generici o

bioequivalenti• Prodotti farmaceutici “copia” di specialità non più

protette da brevetto e quindi commercializzabile da aziende diverse

• Devono possedere uguale composizione in principi attivi, stessa dose e forma farmaceutica della specialità originale

• Attestazione di bioequivalenza con il prodotto di riferimento (quindi devono essere intercambiabili)

Farmaci senza obbligo di

ricetta• Farmaci di automedicazione o OTC (over the

counter)

• Sostanze di uso consolidato

• Sostanze con indice terapeutico ampio da

consentirne un uso abbastanza sicuro

• NON ESENTI DA EFFETTI COLLATERALI!!

DEFINIZIONE DI SPERIMENTAZIONE

CLINICA

Ogni forma di: ESPERIMENTO PIANIFICATO

che coinvolga: PAZIENTI

e sia programmato per: VALUTARE IL TRATTAMENTO (farmacologico,

tecnica diagnostica, misura preventiva) PIÙ

APPROPRIATO DI FUTURI PAZIENTI CON

UNA DETERMINATA CONDIZIONE PATOLOGICA

CARATTERISTICA ESSENZIALE

I risultati emersi dal campione usati per trarre conclusioni su

tutta la popolazione di pazienti che necessiterà del

trattamento studiato

LE FASI DELLO SVILUPPO CLINICO

Preclinica (Farmacologia molecolare e animale)

Fase I

Fase II

Fase III

Fase IV

500 ML Euro

Le Fasi definiscono: l’andamento temporale dello sviluppo,

ma a volte si svolgono dopo studi

con caratteristiche di fasi anteriori

NO a schematismi o rigidità

60-70%

Immissione

in Commercio

Richiesta AIC

Le fasi della sperimentazione clinica

Fase I - Profilo di sicurezza e tollerabilità, identificazione della

dose somministrabile e della farmacocinetica (volontari

sani/pazienti)

Fase II - Profilo di sicurezza e valutazione preliminare di

attività (pazienti) a breve termine. Valutazione dell’intervallo di

dose più appropriato. Pianificazione di studi terapeutici più

estesi

Fase III - Valutazione di efficacia e tollerabilità – studi

multicentrici, controllati, su pazienti, a medio-lungo termine

Fase IV - Valutazione su scala globale di farmaci registrati,

valutazione del valore terapeutico e degli effetti dannosi

(farmacovigilanza)

La sperimentazione clinica in Italia

Obiettivi

Obiettivi primari: farmacocinetica, metabolismo,

farmacodinamica, dati iniziali sulla sicurezza (dose

massima tollerata, tossicità limitante la dose)

Obiettivi secondari: dati preliminari di efficacia

(esempio antitumorali)

Numero del campione: 20-50 soggetti

La sperimentazione clinica di fase I

Chang et al. Journal of Pediatric Oncology Nursing 2004, 21: 343

La sperimentazione clinica di fase I

• Maggioranza infermiere/i canadesi, nonostante la

scarsità di risposte cliniche, approva l’arruolamento

dei pazienti perchè tendenzialmente più seguiti

• Ruolo dell’infermiere di ricerca in fase I:

Assistenza, educazione, collegamento tra medici e

famiglie, raccolta dati e identificazione dei potenziali

pazienti arruolabili

La sperimentazione clinica di fase II

CARATTERISTICHE:

• Primi studi nel paziente

• Popolazione selezionata di pazienti

• Selezione di farmaci realmente efficaci

OBIETTIVI:

• Dimostrare l’attività e di valutare la sicurezza a breve

termine

• Determinare un appropriato intervallo di dosi e/o

schemi terapeutici

• Identificare il rapporto dose/risposta

• Fornire le migliori premesse per pianificare studi

terapeutici più estesi

Williams et al. Journal of Pediatric Oncology Nursing 2004, 21: 223

Esempio di sperimentazione clinica di fase II

applicata a procedure infermieristiche

Carlson et al. Journal of Pediatric Oncology Nursing 2005, 22: 353

Il ruolo dell’infermiere di ricerca

• Ampia varietà di

responsabilità (inclusa

assistenza diretta):

educatore, alleato,

coordinatore multidisciplinare,

raccoglitore di dati,

osservatore esperto

• Infermiere di ricerca deve

essere parte integrante del

team di ricerca: da sviluppo

protocollo (prospettiva

infermieristica) alla

realizzazione delle

procedure terapeutiche

• Necessità di un aumentata

conoscenza dei farmaci e

delle procedure sperimentali

La fase III è di tipo comparativo e ha lo scopo

primario di:

Rilevare e quantificare una differenza

clinicamente rilevante tra il nuovo trattamento

(“sperimentale”) e il controllo (“standard”)

La sperimentazione clinica di fase III

Sadler et al. Journal of Professional Nursing 1999, 15: 106

Assicurarsi che il paziente sia

adeguatamente informato sullo

studio ed abbia espresso il

consenso scritto

Gestire e somministrare il farmaco

come richiesto dal protocollo

Responsabilità dell’infermiere di ricerca

Raccogliere i dati di efficacia e tossicità,

compilando i documenti secondo gli

standards richiesti

Assicurare la privacy dei dati sensibili dei

pazienti (es. genotipizzazione)

Gestire con precisione la raccolta di

campioni (es. ematici) e le procedure

diagnostiche richieste dal protocollo

Proporre o verificare l’eligibilità dei

pazienti allo studio clinico proposto

Farmacodinamicameccanismo d’azione dei farmaci

Dott. Guido BocciDivisione di Farmacologia e Chemioterapia

Dipartimento di Medicina Interna

Università di Pisa

Caratteristiche dell’azione farmacologica -I

• La variazione funzionale indotta da un farmaco può essere:

Stimolante (aumento della normale attività)

Inibente (riduzione fino alla scomparsa dell’attività)

• Se l’azione è indirizzata in un solo senso (stimolante o inibente) è definita monofasica, se invece prima in un senso poi nell’altro è bifasica.

Qu

alità o tip

o d

i azion

e

• La frequenza di comparsa (incidenza) dell’azione farmacologica:

- Costante (presente nel 100% degli individui)- Incostante (presente solo in una percentuale degli

individui)

• La sede dell’azione è detta:- Locale o topica (se interessa solo la zona di applicazione

del farmaco)- Regionale (se interessa una intera regione collegata con

la zona di applicazione)- Sistemica (se si manifesta in qualsiasi parte

dell’organismo)

Caratteristiche dell’azione farmacologica -II

Rapporti tra azione farmacologica e tempo

• Intervallo tra somministrazione e inizio azione farmacologica è definito “tempo di latenza”

• L’accrescimento progressivo dell’azione è definito “incremento”

• Il raggiungimento della massima azione è definito “acme”

• Il decrescere progressivo dell’azione è definito “decremento”

Rapporti tra dose e azione farmacologica

• Andamento a S italica(molto frequente)

• Andamento parabolico(meno frequente ma comune)

• Andamento rettilineo(raro)

La dose è il più importante tra i fattori in grado di condizionare la natura, il segno, l’intensità, la durata, la latenza, la costanza e la

reversibilità dell’azione farmacologica

SPECIFICITÀ DELLA RISPOSTA FARMACOLOGICA

La capacità di un farmaco di indurre un determinato effetto (o un insieme di effetti)

dipende dalla sua diretta interazione (legame) con bersagli molecolari presenti

nell’organismo

BERSAGLI MOLECOLARI E CELLULARI DELL’AZIONE DEI FARMACI

RECETTORE: DEFINIZIONE

Macromolecola dell’organismo, coinvolta nella regolazione di processi biologici, che, in seguito ad interazione

diretta con un farmaco (legame chimico) può determinare una

modificazione di una o più funzioni organiche

TIPI DI LEGAME TRA I FARMACI E LE MOLECOLE DEI SISTEMI BIOLOGICI

• Legami a bassa energia

- Ionici che si formano fra atomi con carica opposta

- a idrogeno dove un atomo di H è in compartecipazione tra due atomi eletronattrattori

- Interazioni di Van der Walls che si generano tra due atomi a distanza molto ravvicinata

- Interazioni idrofobiche che costringono i gruppi idrofobici a raggrupparsi tra loro

• Legami ad alta energia

- Legami covalenti di tipo irreversibile

Affinchè il contatto tra un farmaco ed il suo recettore

persista per un tempo significativo e sufficiente a generare l’effetto biologico

occorre che il numero di legami a bassa energia sia

relativamente elevato

SPECIFICITÀ DELL’INTERAZIONE FARMACO-RECETTORE

A A

A

A

C C

B

B

AA

D D

I legami chimici deboli si formano solo se gli atomi coinvolti giungono in stretta vicinanza tra loro, quindi è necessario

che la superficie del farmaco e quella del recettore siano chimicamente complementari l’una all’altra

La complementarietà farmaco-recettore è alla base della specificità

dell’interazione farmacologica

Terminologia

• Affinità

Concentrazione di farmaco necessaria per saturare il 50% dei siti recettoriali presenti

• Efficacia

Entità massima della risposta farmacologica che il farmaco può indurre in un determinato substrato

• Potenza

Concentrazione di farmaco necessaria per produrre il 50% dell’effetto massimo

0

20

40

60

80

100

0 200 400 600 800

Curva dose-effetto

% e

ffet

to

DoseDE50

Max effetto

EFFICACIA

POTENZA

L’effetto di un farmaco è proporzionale al numero di recettori occupati, quindi aumenta all’aumentare della dose.L’effetto massimo si verifica quando tutti i recettori sono occupati.

Comparazione della potenza e dell’efficacia tra più farmaci

potenza

efficacia

BERSAGLI CELLULARI DEI FARMACI

•Recettori fisiologici

•Recettori non fisiologici

- Enzimi

- Trasportatori

- Canali ionici

- DNA, RNA

- Proteine strutturali

RECETTORI “FISIOLOGICI”

• Proteine fisiologicamente deputate alla ricezione di segnali trasmessi da mediatori (neurotrasmettitori, ormoni, fattori di crescita, interleuchine, ecc.)

• Oltre che dal suo “mediatore fisiologico”, un recettore fisiologico può essere riconosciuto e funzionalmente modulato (stimolazione o blocco) da un farmaco

Classi di recettori fisiologici

• Recettori di membrana Proteine che si estendono attraverso tutto il doppio

strato lipidico della membrana cellulare. Possiedono regioni polari idrofile (versanti extracellulari e citoplasmatico) e segmenti idrofobici apolari

• Recettori intracellulari Proteine citoplasmatiche o nucleari che in seguito

all’interazione con i rispettivi ligandi sono in grado di controllare l’espressione genica

Classi di recettori di membrana

1. Recettori accoppiati a proteine G

2. Recettori canale

3. Recettori per fattori di crescita

4. Recettori per molecole di adesione

5. Recettori per citochine

6. Recettori con attività guanilato-ciclasica intrinseca o recettori che stimolano la sintesi di GMP ciclico

Recettori accoppiati a proteine G

• Sette domini transmembranari, separati da anse idrofiliche esposte sul versante extracellulare e citoplasmatico, con estremità C-terminale intracitoplasmatica

• La terza ansa citoplasmatica forma assieme alla regione C-terminale il sito di legame per la proteina G

• La specificità dell’interazione tra recettore e ligando è dovuta a sequenze aminoacidiche dei segmenti transmembrana e N-terminali

• Le proteine G sono eterotrimeri (subunità α, β e γ) raramente monomeriche (es. ras), che legano ed idrolizzano GTP (subunità α)

Recettori accoppiati a proteine G

Esempi di recettori accoppiati a proteine Gs e Gi

GTP GTP

Recettori canale o canali ionici controllati da ligando

• Complessi macromolecolari formati da subunità proteiche che si assemblano a delimitare un canale idrofilico

• L’apertura del canale, causata dal legame del ligando ad un sito generalmente presente nella porzione extracellulare produce un rapido e selettivo flusso ionico in entrata o in uscita

• Il passaggio di cariche induce una modificazione del potenziale transmembrana e l’attivazione di cascate enzimatiche

Recettore canale nicotinico

Recettori per i fattori di crescita

• Recettori ad alta affinità localizzati nella membrana plasmatica

• La maggior parte di questi recettori possiede una attività enzimatica di tipo tirosin-chinasico

• Il fattore si lega al dominio extracellulare ed induce la dimerizzazione del recettore. Conseguentemente si verifica una transfosforilazione dei recettori a livello dei residui di tirosina

• La fosforilazione dei residui porta alla formazione di siti di ancoraggio che vengono riconosciuti con alta affinità dai trasduttori citoplasmatici del segnale

Esempio di trasduzione del segnale del recettore 2 del VEGF

+

+

+

+

+

Ferrara, Kerbel. Nature 2005; 438: 965

VEGF: il bersaglio farmacologico

bevacizumab

ramucirumab

pegaptanib

Sunitinib axitinib

aflibercept

VEGF trap

Recettori per l’adesione cellulare

• Si il ligando che il recettore sono due proteine transmembrana poste su due cellule diverse (comunicazione intercellulare e ancoraggio)

• Le molecole di adesione (CAM) sono proteine multifunzionali che regolano la proliferazione, il differenziamento, la motilità etc.

• L’interazione omofilica quando l’interazione è tra due CAM dello stesso tipo. L’interazione eterofilica è tra CAM diverse o tra una CAM e la matrice extracellulare

• Tra le superfamiglie meglio caratterizzate vi sono le IgCAM, le integrine e le caderine

• In generale non hanno una via di trasduzione specifica ma utilizzano meccanismi comuni ai recettori tirosin-chinasici

FAK: focal adhesion kinase ILK: integrin-linked kinase

Inibitori del recettore integrinico IIb e IIIa delle piastrine (tirofiban, eptifibatide, abciximab)

Recettori per le citochine

• Strutturalmente ricordano i recettori ad attività tirosin-chinasica ma sono privi di attività enzimatica intrinseca

• Una volta legata la citochina (es. ormone della crescita), il recettore dimerizza e attiva specifiche componenti della famiglia delle tirosin kinasi JAK (Janus)

• Le JAK determinano la fosforilazione e attivazione di specifici fattori di trascrizione STAT che controllano la trascrizione genica

• Le JAK possono attivare anche PI3K e MAPK, conferendo un ruolo a questi recettori nel processo di sopravvivenza e replicazione (es. GM-CSF)

basiliximab e daclizumab inibiscono la porzione extracellulare dei recettori per IL-2 (prevenzione rigetto d’orani

trapiantati)

Recettori intracellulari • Ormoni steroidei attraversano la membrana

cellulare e si legano a specifici recettori intracellulari

• Il complesso ormone recettore attivato trasloca nel nucleo dove si lega a specifiche sequenze di DNA chiamate HRE (Hormone Responsive Element) situati a monte del promotore

• Il legame del recettore attivato allo specifico HRE può attivare (regolazione positiva) o inibire (repressione) la trascrizione di geni specifici

• Il meccanismo di attivazione dei recettori intracellulari può variare in relazione alla classe di ormoni considerata (es. recettore glucocorticoidi legato a Hsp90)

• La regione che lega il DNA è composta da un dominio denominato “zinc binding finger”

RECETTORI “NON FISIOLOGICI”

• Macromolecole regolatrici deputate allo svolgimento di varie funzioni biologiche (enzimi, canali, pompe, etc.)

• Oltre allo svolgimento delle funzioni proprie, i recettori “non fisiologici” possono essere riconosciuti e funzionalmente modulati (generalmente blocco) da farmaci specifici

Acetilcolinesterasi Colinomimetici (neostigmina) Colinergica

Angiotensina-convertasi (ACE) ACE-inibitori (captopril) Anti-ipertensiva

Anidrasi carbonica Anti-anidrasici (acetazolamide) Diuretica

Ciclo-ossigenasi (COX) FANS (acido acetilsalicilico) Anti-infiammatoria

Diidrofolato-sintetasi batterica Sulfamidici (sulfadiazina) Anti-batterica

DNA-polimerasi Antimetaboliti analoghi delle

pirimidine (citarabina)

Anti-tumorale

DNA-sintetasi Antimetaboliti analoghi delle purine

(azatioprina)

Anti-tumorale

Fosfodiesterasi Inibitori della fosfodiesterasi

(teofillina)

Broncodilatazione

HMG-CoA-reduttasi Inibitori della HMG-CoA-reduttasi

(simvastatina)

Anti-colesterolo

Transpeptidasi batterica Penicilline e cefalosporine Anti-batterica

Enzima Farmaci inibitori Azione

ESEMPI DI ENZIMI BERSAGLI DI FARMACI

Pompa Na+/K+ Glicosidi cardioattivi (digossina) Inotropa

Pompa protonica H+/K+

(mucosa gastrica)

Inibitori di pompa protonica

(omeprazolo)

Antiulcera

Cotrasportatore Na+/K+/2Cl-

(ansa di Henle)

Diuretici dell’ansa (furosemide) Diuretica

Carrier di trasporto per gli acidi

(tubuli renali)

Inibitori del riassorbimento

dell’acido urico (probenecid)

Uricosurica

Carrier per la ricaptazione della

noradrenalina

(terminazioni nervose)

Anti-depressivi triciclici

(amitriptilina)

Anti-depressiva

Carrier per la ricaptazione della

serotonina

(terminazioni nervose)

Anti-depressivi SSRI (fluoxetina) Anti-depressiva

Trasportatori Farmaci inibitori Azione

ESEMPI DI POMPE IONICHE E TRASPORTATORI BERSAGLI DI FARMACI

Canali del Na+ Anestetici locali

Antiepilettici

Antiaritmici di classe I

Bupivacaina, lidocaina,

mepivacaina

Carbamazepina,

fenitoina, lamotrigina

Chinidina, lidocaina,

propafenone

Canali del K+ Antiaritmici di classe III Amiodarone

Canali del Ca++ Calcio-antagonisti:

-Antiaritmici di classe IV

-Antianginosi e

antipertensivi

Diltiazem, verapamil

Amlodipina, felodipina,

nicardipina, nifedipina

Canali ionici Classi farmacologiche Principali farmaci

ESEMPI DI CANALI IONICI VOLTAGGIO-DIPENDENTI BERSAGLI DI FARMACI

ESEMPI DI FARMACI ATTIVI CON MECCANISMO NON RECETTORIALE

• Diuretici osmotici (mannitolo)

• Purganti osmotici (sali di magnesio)

• Antiacidi (sali di alluminio)

• Resine (colestiramina)

• Agenti chelanti (acido etilendiaminotetracetico, EDTA)

Modulazione delle risposte recettoriali

I recettori e relativi sistemi di traduzione sono continuamente soggetti ad un fine controllo sia qualitativo che quantitativo della loro attività

Significato finalistico dei fenomeni di adattamento delle risposte

recettoriali: assenza di segnale – aumento numero dei recettori per maggiore probabilità di “sentire” il segnale; eccesso di segnale – riduzione della capacità di risposta.

La scomparsa della efficacia farmacologica dovuta ai fenomeni di

adattamento delle risposte recettoriali viene comunemente definita tolleranza

La desensibilizzazione

Processo in base al quale l’esposizione persistente ad un agonista porta a riduzione dell’effetto stimolatorio

• Desensibilizzazione

1) Omologa, se la perdita dell’effetto è specifica per il recettore di superficie che è attivato

2) Eterologa, se l’attivazione prolungata di un sistema recettoriale induce la desensibilizzazione anche di altri recettori che utilizzano la stessa via di traduzione del segnale

La desensibilizzazione può avvenire a vari livelli: 1) riduzione dell’affinità

2) incapacità di tradurre il segnale 3) riduzione del numero di molecole recettoriali (down

regulation)

I meccanismi di desensibilizzazione sono diversi nei vari tipi recettoriali e l’entità della desensibilizzazione può variare da tessuto a tessuto anche per lo stesso recettore

La chinasi βARK (beta-adrenergic receptor kinase), appartenente alla famiglia

delle GRK (G protein-coupled receptor kinase) è

caratterizzata dalla proprietà di fosforilare esclusivamente

il recettore occupato dall’agonista.

Successivamente, la β-arrestin, legandosi al recettore fosforilato, impedisce

ulteriori interazioni recettori-proteina G. Esempio di

desensibilizzazione omologa

Desensibilizzazione rapida del recettore β-adrenergico

Down-regulation

Perdita del numero totale dei recettori di membrana dovuta ad endocitosi indotta da agonisti e successiva degradazione

• rapida (raggiunta nell’ordine di minuti dall’esposizione

all’agonista e dovuta a rimozione del recettore dalla membrana plasmatica)

• tardiva (per una esposizione prolungata all’agonista e dovuta alla distruzione lisosomiale dei recettori)

la fosforilazione è uno degli eventi fondamentali per l’internalizzazione del recettore (il complesso arrestina/recettore fosforilato viene internalizzato per endocitosi mediata da clatrina)

Down-regulation