Descoperirea și dezvoltarea drogurilor
Procesul de dezvoltare a medicamentelor
O varietate de abordări sunt folosite pentru a identifica compuși chimici care pot fi dezvoltați și comercializați. Starea actuală a științelor chimice și biologice necesare dezvoltării farmaceutice prevede că 5.000-10.000 de compuși chimici trebuie să fie supuși screeningului de laborator pentru fiecare nou medicament aprobat pentru utilizare la om. Dintre 5.000-10.000 de compuși care sunt analizați, aproximativ 250 vor intra în teste preclinice, iar 5 vor intra în teste clinice. Procesul general de la descoperirea până la comercializarea unui medicament poate dura 10-15 ani. Această secțiune descrie unele dintre procesele utilizate de industrie pentru a descoperi și dezvolta noi medicamente. Organigrama oferă un rezumat general al acestui proces de dezvoltare.
Cercetare și descoperire
Produsele farmaceutice sunt produse ca urmare a activităților desfășurate de o serie complexă de organizații publice și private care se ocupă de dezvoltarea și fabricarea medicamentelor. Ca parte a acestui proces, oamenii de știință din multe instituții finanțate public efectuează cercetări de bază în subiecte precum chimie, biochimie, fiziologie, microbiologie și farmacologie. Cercetările de bază sunt aproape întotdeauna îndreptate spre dezvoltarea unei noi înțelegeri a substanțelor naturale sau a proceselor fiziologice, mai degrabă decât să fie direcționate în mod special la dezvoltarea unui produs sau invenție. Acest lucru permite oamenilor de știință din instituțiile publice și din industria privată să aplice noi cunoștințe pentru dezvoltarea de noi produse. Primii pași în acest proces sunt desfășurați în mare parte de oameni de știință de bază și medici care lucrează într-o varietate de instituții de cercetare și universități. Rezultatele studiilor lor sunt publicate în reviste științifice și medicale. Aceste rezultate facilitează identificarea noilor ținte potențiale pentru descoperirea de medicamente. Țintele ar putea fi un receptor de droguri, o enzimă, un proces de transport biologic sau orice alt proces implicat în metabolismul corpului. Odată identificată o țintă, cea mai mare parte a lucrărilor rămase implicate în descoperirea și dezvoltarea unui medicament este efectuată sau dirijată de companii farmaceutice.
Contribuția cunoștințelor științifice la descoperirea medicamentelor
Două clase de medicamente antihipertensive sunt un exemplu al modului în care cunoștințele biochimice și fiziologice îmbunătățite ale unui singur sistem de corp au contribuit la dezvoltarea medicamentelor. Hipertensiunea arterială (hipertensiunea arterială) este un factor de risc major pentru dezvoltarea bolilor cardiovasculare. O modalitate importantă de prevenire a bolilor cardiovasculare este de a controla tensiunea arterială ridicată. Unul dintre sistemele fiziologice implicate în controlul tensiunii arteriale este sistemul renină-angiotensină. Renina este o enzimă produsă la rinichi. Acționează asupra unei proteine din sânge pentru a produce angiotensină. Detaliile biochimiei și fiziologiei acestui sistem au fost elaborate de oamenii de știință biomedicali care lucrează la spitale, universități și laboratoare de cercetare guvernamentale din întreaga lume. Două etape importante în producerea efectului fiziologic al sistemului renină-angiotensină sunt conversia angiotensinei I inactive a angiotensinei II prin enzima care transformă angiotensina (ACE) și interacțiunea angiotensinei II cu receptorii fiziologici ai acesteia, inclusiv receptorii AT1. Angiotensina II interacționează cu receptorii AT1 pentru a crește tensiunea arterială. Cunoașterea biochimiei și fiziologiei acestui sistem a sugerat oamenilor de știință că noile medicamente ar putea fi dezvoltate pentru a scădea presiunea arterială anormal de ridicată.
Un medicament care a inhibat ACE ar scădea formarea de angiotensină II. Scăderea formării de angiotensină II ar conduce la rândul său la scăderea activării receptorilor AT1. Astfel, s-a presupus că medicamentele care inhibă ACE ar scădea tensiunea arterială. Această presupunere s-a dovedit a fi corectă și a fost dezvoltată o clasă de medicamente antihipertensive numite inhibitori ACE. În mod similar, odată cu înțelegerea rolului receptorilor AT1 în menținerea tensiunii arteriale, s-a presupus că medicamentele care ar putea bloca receptorii AT1 vor produce efecte antihipertensive. Încă o dată, această presupunere s-a dovedit corectă și a fost dezvoltată o a doua clasă de medicamente antihipertensive, antagoniștii receptorului AT1. Agoniștii sunt medicamente sau substanțe naturale care activează receptorii fiziologici, în timp ce antagoniștii sunt medicamente care blochează acei receptori. În acest caz, angiotensina II este un agonist la receptorii AT1, iar medicamentele antihipertensive AT1 sunt antagoniști. Antihipertensivele ilustrează valoarea descoperirii unor noi ținte medicamentoase care sunt utile pentru testele de screening la scară largă pentru a identifica substanțele chimice de plumb pentru dezvoltarea medicamentelor.
Screeningul de droguri
Surse de compuși
Screeningul compușilor chimici pentru potențiale efecte farmacologice este un proces foarte important pentru descoperirea și dezvoltarea medicamentelor. Practic, fiecare companie chimică și farmaceutică din lume are o bibliotecă de compuși chimici sintetizați de mai multe decenii. Istoric, multe substanțe chimice diverse au fost obținute din produse naturale, cum ar fi plante, animale și microorganisme. Mai mulți compuși chimici sunt disponibili de la chimiștii universității. În plus, metodele de chimie combinatorie automate, cu randament ridicat, au adăugat sute de mii de compuși noi. Dacă vreunul dintre aceste milioane de compuși au caracteristicile care le vor permite să devină medicamente, rămâne descoperit prin depistarea rapidă și eficientă a medicamentelor.
Identificarea chimică a plumbului
A fost nevoie de Paul Ehrlich ani pentru a analiza cele 606 de substanțe chimice care au dus la dezvoltarea arsfenaminei ca primul tratament medicamentos eficient pentru sifilis. Din aproximativ perioada succesului lui Ehrlich (1910) până în a doua jumătate a secolului XX, majoritatea testelor de depistare a potențialelor medicamente noi s-au bazat aproape exclusiv pe ecrane la animale întregi, cum ar fi șobolani și șoareci. Ehrlich și-a analizat compușii la șoareci cu sifilis, iar procedurile sale s-au dovedit a fi mult mai eficiente decât cele ale contemporanilor săi. Începând cu ultima parte a secolului XX, tehnicile automate de screening in vitro au permis screeningul a zeci de mii de compuși chimici pentru eficacitate într-o singură zi. În ecrane in vitro cu capacitate mare, substanțele chimice individuale sunt amestecate cu țintele de droguri în puțurile mici, asemănătoare tubului de testare, ale plăcilor de microtitrare și interacțiunile dezirabile ale substanțelor chimice cu țintele medicamentului sunt identificate printr-o varietate de tehnici chimice. Obiectivele medicamentului din ecrane pot fi fără celule (enzimă, receptor de medicamente, transportor biologic sau canal ionic) sau pot conține bacterii, drojdii sau celule de mamifere. Produsele chimice care interacționează cu țintele medicamentoase în moduri dezirabile devin cunoscute sub numele de plumb și sunt supuse unor teste de dezvoltare ulterioare. De asemenea, substanțe chimice suplimentare cu structuri ușor alterate pot fi sintetizate dacă compusul cu plumb nu pare a fi ideal. Odată identificat un produs chimic de plumb, acesta va fi supus mai multor ani de studii la animale în farmacologie și toxicologie pentru a prezice siguranța și eficacitatea viitoare a omului.
Compuși de plumb din produse naturale
Un alt mod foarte important de a găsi noi medicamente este de a izola substanțele chimice de produsele naturale. Digitalis, efedrină, atropină, chinină, colchicină și cocaină au fost purificate din plante. Hormonul tiroid, cortizolul și insulina au fost izolate inițial de animale, în timp ce penicilina și alte antibiotice au fost derivate din microbi. În multe cazuri, produsele provenite din plante au fost utilizate de sute sau mii de ani de către popoarele indigene din întreaga lume înainte de „descoperirea” lor de către oamenii de știință din țările industrializate. În majoritatea cazurilor, aceste popoare indigene au aflat care plante au o valoare medicamentală în același mod în care au învățat ce plante sunt sigure de consum - încercare și eroare. Etnofarmacologia este o ramură a științei medicale în care medicamentele utilizate de persoane izolate sau primitive sunt cercetate folosind tehnici științifice moderne. În unele cazuri, substanțele chimice cu proprietăți farmacologice dezirabile sunt izolate și, în cele din urmă, devin medicamente cu proprietăți recunoscute în produsul natural. În alte cazuri, produsele chimice cu structuri chimice unice sau neobișnuite sunt identificate în produsul natural. Aceste noi structuri chimice sunt apoi supuse unor ecrane medicamentoase pentru a determina dacă au o potențială valoare farmacologică sau medicamentoasă. Există multe cazuri în care astfel de structuri chimice și analogii lor sintetici sunt dezvoltate ca medicamente cu utilizări spre deosebire de cele ale produsului natural. Un astfel de compus este importantul drog anticancer, care a fost izolat de țesutul din Pacific (Taxus brevifolia).
