Fundamentos do desenvolvimento e da regulamentação dos fármacos

Fundamentos do desenvolvimento e da regulamentação dos fármacos

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Fundamentos do Fundamentos do

Desenvolvimento e da Desenvolvimento e da

Regulamentação Regulamentação de Fármacode Fármacoss

Descoberta e Desenvolvimento Pré-Clínico dos Fármacos

John L. Vahle e Armen H. Tashjian, Jr.

Introdução Caso O Processo de Descoberta do Fármaco

Planejamento de Fármacos Centrado no Composto

Compostos Naturais e Sintéticos Análogos de Ligantes Naturais

Planejamento de Fármacos Centrado no Alvo

Ensaio de Alto Desempenho (High-Throughput Screening) Química Combinatória Planejamento de Fármacos Baseado na Estrutura

Otimização do Protótipo Fases do Desenvolvimento do Fármaco

Disciplinas Primordiais na Descoberta e no Desenvolvimento de

Fármacos Química da Descoberta Biologia da Descoberta: Ensaios Bioquímicos, Ensaios Celulares e

Modelos Animais

Absorção, Distribuição, Metabolismo e Excreção (ADME) Toxicologia Química do Desenvolvimento: Síntese Química, Transposição de

Escala e Produção

Formulação

Conclusão e Perspectivas Futuras Leituras Sugeridas

Na última década, a Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos aprovou cerca de 200 novos fármacos e princípios biológicos. Esses “novos fármacos” incluem aproximadamente 125 “novas estruturas moleculares”, que são subs tâncias ativas que nunca tinham sido aprovadas para uso terapêutico. Muitos desses fármacos permitiram o tratamento de doenças antes intratáveis. Outros ampliaram as opções de tratamento porque são mais eficazes e/ou menos tóxicos do que os fármacos disponíveis antes. Na luta contra doenças infecciosas, por exemplo, indústrias farmacêuticas e de biotecnologia, laboratórios de universidades e outros continuam a desenvolver novos agentes para combater doenças que se tornaram resistentes aos tratamentos existentes. Com as novas tecnologias, os modelos animais submetidos a nocaute genético e as informações do projeto genoma humano, prevê-se que novas e importantes classes de fármacos serão descobertas nas próximas décadas.

O desenvolvimento de um novo fármaco é difícil e dispendioso. Pouquíssimas moléculas que chegam à fase de desenvolvimento são finalmente aprovadas como fármacos: de 10.0 compostos considerados promissores nos resultados dos ensaios iniciais, menos de 10 repetem a ação nos ensaios clínicos e apenas 2 são, por fim, aprovados. Além disso, os custos associados à descoberta e ao desenvolvimento de um novo fármaco podem variar de 0,8 a 1,7 bilhão de dólares. Embora a criação de novos fármacos seja um empreendimento arriscado, os fármacos bem-sucedidos podem ser muito lucrativos para os que estejam dispostos a correr os riscos. Os fármacos de maior sucesso comercial, como a atorvastatina, têm vendas anuais acima de 12 bilhões de dólares.

Recentemente, tem-se dado mais atenção à incapacidade da comunidade pesquisadora biomédica de produzir terapias inovadoras. Os desafios associados à descoberta e ao desenvolvimento de fármacos foram destacados (junto com possíveis soluções) no relatório Critical Path Initiatives de 2004 da FDA (ver Leituras Sugeridas). Esse relatório apontou que o orçamento do National Institutes of Health (NIH) e os gastos com pesquisa e desenvolvimento das indústrias farmacêuticas quase duplicaram no período de 10 anos contado a partir de 1993. No entanto, o maior investimento não aumentou a velocidade de desenvolvimento de novos medicamentos, o que é evidenciado por uma diminuição da apresentação de fármacos e princípios biológicos à FDA. Embora tenham sido oferecidas várias soluções possíveis para resolver essa questão, é importante notar que um relatório conjunto da FDA e da Association of American Medical Colleges destacou o papel fundamental dos cientistas médicos no aumento da efetividade da descoberta e do desenvolvimento de fármacos.

Este capítulo descreve as fases da descoberta e do desenvolvimento de fármacos e as especialidades científicas envolvidas nessas fases. A descoberta de um fármaco vai desde a identificação de um possível alvo terapêutico até a seleção de uma única molécula para teste em seres humanos. O desenvolvimento de um fármaco geralmente é definido como o período que vai dos estudos pré-clínicos que respaldam os ensaios clí- nicos iniciais até a aprovação do fármaco pelo órgão regulador. O processo de descoberta e desenvolvimento de um fármaco é complexo e requer a colaboração de muitas especialidades científicas diferentes.

n Caso

Em 1987, pesquisadores do Laboratório Abbott decidiram usar a protease do vírus da imunodeficiência humana (HIV) como alvo na busca de um novo tratamento antiviral. A protease foi escolhida porque é essencial para a multiplicação do HIV e porque tem uma especificidade incomum para o substrato (ver Cap. 36). Como o substrato natural da enzima contém uma ligação fenilalanina-prolina, um local de clivagem raro nas proteases de mamíferos, os pesquisadores ponderaram que um fármaco que inibisse a protease do HIV teria relativamente poucos efeitos adversos.

Em 1989, cristalógrafos do Laboratório Merck anunciaram que tinham desvendado a estrutura cristalina da protease do HIV. Com base na estrutura recém-descoberta, os pesquisadores então sabiam que a protease viral era um dímero simétrico com duas subunidades idênticas (Fig. 48.1; ver também Fig. 36.9 e Boxe 36.3). Usando um modelo molecular, os pesquisadores do Laboratório Abbott produziram um análogo do substrato natural da enzima substituindo a prolina da seqüência natural por uma fenilalanina – esse análogo era uma molécula simétrica que continha aminoácidos idênticos em cada extremidade da estrutura. Também substituíram a ligação peptídica no centro da molécula por um grupo funcional que simulava o estado de transição da reação enzimática, mas era resistente à clivagem pela protease. Embora essa primeira molécula fosse um inibidor fraco da protease viral, os pesquisadores usaram o conhecimento sobre a estrutura da enzima para acrescentar à molécula outros grupos funcionais que provavelmente aumentariam sua potência. O resultado foi um candidato a fármaco que se ligava à enzima com afinidade 10.0 vezes maior do que a primeira estrutura; no entanto, esse candidato tinha características farmacocinéticas insatisfatórias.

Os químicos continuaram a substituir os grupos funcionais do candidato a fármaco até que foi criado o ritonavir, uma molécula altamente potente com propriedades farmacocinéticas aceitáveis. Por acaso, estudos feitos com o ritonavir em cultura de tecido mostraram que ele inibia uma enzima do citocromo P450 associada ao metabolismo de outros candidatos a inibidor da protease.

Em 1996, cerca de 9 anos após o início das pesquisas, a FDA aprovou a comercialização do ritonavir. Em 2000, com base em estudos farmacocinéticos e clínicos que mostravam que o ritonavir aumenta a biodisponibilidade de um segundo inibidor da protease, o lopinavir, a FDA aprovou a comercialização da combinação de ritonavir e lopinavir.

n 1. Que métodos os pesquisadores podem usar para “descobrir” novos fármacos como o ritonavir? n 2. Como as informações estruturais sobre um alvo molecular podem auxiliar o processo de descoberta de um fármaco? n 3. Como os pesquisadores avaliam os candidatos a fármacos? n 4. Como as investigações do desenvolvimento de fármacos ajudam a esclarecer prováveis características terapêuticas de um candidato a fármaco, como sua farmacocinética e toxicidade?

O termo descoberta de um fármaco refere-se ao processo pelo qual laboratórios farmacêuticos, de biotecnologia, acadêmicos e governamentais identificam ou analisam substâncias para encontrar agentes terapêuticos potencialmente ativos. A triagem consiste em testar muitas substâncias em ensaios relevantes para a doença em questão: um composto aprovado nessa triagem é chamado de composto ativo (hit). Se a substância ou seus derivados estruturais ainda se mostrarem promissores após caracterização biológica e química adicional, passa a ser um protótipo (lead). A situação ideal é que a descoberta de fármacos tenha excelente relação custo-benefício, produzindo candidatos a compostos ativos com alta probabilidade de conversão em protótipos e, por fim, em fármacos bem-sucedidos (Fig. 48.2).

Existem duas estratégias básicas para identificar os compostos ativos in vitro (hits). Na conduta centrada no composto, um composto é identificado por um dos vários métodos (descritos adiante) e seu perfil biológico é explorado. Se o composto exibir atividade farmacológica desejável, é aperfeiçoado e desenvolvido ainda mais. Na conduta centrada no alvo, que é a mais comum atualmente, identifica-se primeiro o suposto alvo do fármaco. O alvo em potencial pode ser um receptor supostamente associado ao processo de uma doença, uma enzima estratégica ou outra molécula que tenha importância biológica no curso da doença. Uma vez identificado o alvo, os pesquisadores buscam substâncias que interajam com ele, seja como agonistas, antagonistas ou moduladores. A busca pode ser sistemática, usando como ponto de partida informações sobre a estrutura do alvo, ou pode ser uma conduta aleatória (shotgun approach), na qual todos os compostos de uma grande coleção de substâncias, sintetizadas por química combinatória, são testados em um ensaio automatizado de alta velocidade. Após ser identificado por uma dessas estratégias, o composto ativo (hit) é freqüentemente modificado com a ajuda do conhecimento específico sobre seu alvo. Por exemplo, esse conhecimento pode ser usado para planejar um ensaio de alto desempenho que avaliará a atividade biológica dos compostos criados por modificações químicas do composto ativo original.

Fig. 48.1 Estrutura cristalina da protease do HIV-1 ligada ao ritonavir. A estrutura da protease do HIV apresenta-se na forma de uma fita, e o ritonavir (modelo de preenchimento de espaço azul) ocupa o sítio ativo. O eixo rotacional de simetria da enzima é evidente; ele foi a base para o planejamento do fármaco. Utilizando a estrutura cristalina da protease do HIV, os pesquisadores puderam aperfeiçoar a estrutura do inibidor para atingir um K menor que 5 nM (ver também Fig. 36.9).

Compostos Naturais e Sintéticos

Tradicionalmente, os fármacos eram descobertos por meio de uma conduta centrada no composto. Muitos dos primeiros fármacos descobertos eram produtos naturais isolados de plantas, fungos ou outros organismos. Muitas vezes, as descobertas eram acidentais. Por exemplo, a penicilina (ver Cap. 3) foi descoberta quando Alexander Fleming observou que esporos do fungo contaminante Penicillium notatum inibiram o crescimento bacteriano em uma placa de Petri. Outros produtos naturais que se transformaram em fármacos bem-sucedidos incluem o paclitaxel, um quimioterápico derivado da árvore teixo do Pacífico; a morfina, um analgésico opióide obtido da papoula; a estreptoquinase, um agente trombolítico obtido das bactérias estreptocócicas, e a ciclosporina, um imunossupressor derivado de um fungo. O Quadro 48.1 lista diversos fármacos derivados de produtos naturais.

Existem várias vantagens em avaliar produtos naturais como fontes de possíveis fármacos. Em primeiro lugar, a probabilidade de atividade biológica dos produtos naturais é razoável. Depois, pode ser mais fácil isolar um composto de sua fonte natural do que sintetizar um composto novo, sobretudo se a estrutura for complexa ou se exigir manipulações sintéticas difíceis. O paclitaxel, por exemplo, tem uma estrutura complexa contendo quatro anéis fundidos, um dos quais tem oito átomos de carbono. A síntese química do composto teve mais de 50 etapas até a conclusão e teve um rendimento total menor que 1%. Em terceiro lugar, pode ser viável usar o composto natural como ponto de partida para um aperfeiçoamento sintético, isto é, para criar um produto semi-sintético. É claro que os produtos naturais também têm desvantagens: muitas vezes é necessário grande esforço para isolar um produto natural, sem garantia de sucesso. Embora seja mais provável encontrar atividade biológica nos produtos naturais do que nos sintéticos, pode ser difícil prever qual seria o sistema de ensaio ideal para avaliar a função dessas moléculas. Mesmo que seja constatada atividade farmacológica, pode ser caro isolar e modificar um produto natural.

Atualmente, compostos sintéticos são usados com freqüência para pesquisa de novos fármacos. Os pesquisadores podem criar uma biblioteca contendo milhares de compostos com diferentes características estruturais, sob medida para um tipo específico de investigação: uma biblioteca poderia, por exemplo, ser formada por múltiplos compostos que tenham uma ligação fenilalanina-prolina ou que sejam prováveis agonistas ou antagonistas de uma classe específica de receptores.

Análogos de Ligantes Naturais

Outra conduta centrada no composto usa o ligante natural (freqüentemente um agonista) de um receptor como ponto de partida para o desenvolvimento do fármaco. Por exemplo, como a doença de Parkinson está associada à deficiência de

Fig. 48.2 Seqüência de fases de descoberta e desenvolvimento de fármacos. Os pontos importantes a notar são a seqüência geral de atividades e a considerável superposição de funções com o tempo. No processo há elevada interação entre várias disciplinas na tentativa de obter a molécula que tenha a maior eficácia, menos efeitos adversos e maior segurança. As fases de ensaio clínico e aprovação pelo órgão regulamentador são descritas no Cap. 49. Todo o processo, desde o análogo ativo até a aprovação do fármaco, pode demorar 8 a 12 anos e custar mais de 1 bilhão de dólares. IND, investigational new drug application (pedido de registro de novo fármaco em investigação); NDA, new drug application (pedido de registro de novo fármaco); ADME, absorção, distribuição, metabolismo, excreção; BPL, boas práticas de laboratório.

FaseBaseado no alvo Baseado no composto

Identificação do alvo

Metabolismo in vitro

Triagem Pré-clínico

Segurança Exposição

Ensaios de registroEficácia Seleção da dose

BPL Toxicologia

Metabolismo Interações medicamentosas

Desenvolvimento e reprodução Carcinogênese

Farmacocinética (animal) (humano)

Desenvolvimento do ensaio e triagem Modelos animais de doença

Otimização do protótipoDesenvolvimentopré-clínicoFase IFase IIFase I

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