Fundamentos do desenvolvimento e da regulamentação dos fármacos

Fundamentos do desenvolvimento e da regulamentação dos fármacos

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• Efeitos tóxicos em estudos toxicológicos preliminares em animais.

• Indicações in vitro de que a molécula pode lesar o DNA (genotoxicidade).

• Grande dificuldade de síntese química, que não permite a “produção em larga escala” rentável.

O resultado do processo de otimização do protótipo é a seleção de uma molécula adequada para teste em seres humanos. Nesse ponto, a molécula passa da fase de descoberta de fármaco para o desenvolvimento de fármaco. O desenvolvimento inicial do fármaco consiste em atividades pré-clínicas destinadas a respaldar os ensaios clínicos e o desenvolvimento clínico do fármaco. A fase pré-clínica inicial do desenvolvimento do fármaco inclui as seguintes atividades:

• Fabricação, formulação e embalagem de uma quantidade suficiente de fármaco de alta qualidade para testes definitivos de segurança em animais e uso em ensaios clínicos.

• Estudos toxicológicos e farmacocinéticos em animais para confirmar a segurança da administração inicial do fármaco a seres humanos.

• Preparo de documentos reguladores e apresentação às autoridades regulamentadoras; essas atividades são descritas com mais detalhes no Cap. 49.

O planejamento inicial do desenvolvimento clínico dos fármacos ocorre simultaneamente ao desenvolvimento pré-clínico. As principais atividades iniciais incluem definição dos objetivos de resultado, seleção de pesquisadores e elaboração de protocolos do ensaio clínico. A apresentação inicial de documentos para regulamentação deve incluir protocolos detalhados para permitir que os reguladores avaliem a segurança da investigação clínica proposta.

O desenvolvimento clínico do candidato a fármaco consiste em diversos estudos realizados em seres humanos. Como é descrito com mais detalhes no Cap. 49, esses estudos são divididos em três fases, com o objetivo de fazer um teste rigoroso da segurança e eficácia da molécula. Os estudos clínicos podem ser realizados em várias populações de pacientes e doenças. O número, a duração e a complexidade dos ensaios clínicos necessários dependem da natureza da proposta de indicação do fármaco. Por exemplo, a avaliação da capacidade de um fármaco reduzir a pressão arterial em pacientes hipertensos pode exigir apenas algumas semanas de administração, enquanto a avaliação da capacidade de uma molécula de reduzir o risco de fratura em um paciente com osteoporose pode exigir 2 anos de administração.

Embora a avaliação dos efeitos da molécula em seres humanos seja o foco primário da fase de desenvolvimento de fármacos, várias disciplinas científicas também realizam extensos procedimentos para apoiar esses ensaios clínicos e a aprovação reguladora final do fármaco. Essas atividades são descritas na próxima seção e devem ser coordenadas cuidadosamente para a máxima eficácia do desenvolvimento de fármacos.

Após a análise do processo geral de descoberta e desenvolvimento de fármacos, passamos agora aos principais instrumentos – desde a química e biologia básicas até a fabricação e a formulação – que são decisivos na descoberta e no desenvolvimento de novos agentes terapêuticos.

A química e a biologia trabalham de mãos dadas nas fases iniciais da descoberta dos fármacos. No planejamento de fármacos centrado no composto, os químicos medicinais iniciam o processo de descoberta preparando as moléculas para serem testadas em ensaios biológicos e farmacológicos. No planejamento centrado no alvo, o processo começa com a identificação de possíveis alvos do fármaco, contra os quais os químicos então planejam e preparam as moléculas para teste. Assim, nas duas condutas há íntima interação e colaboração entre químicos e biólogos.

Inicialmente, a quantidade de um candidato a fármaco necessária para um ensaio de rastreamento simples é pequena – em geral, menos de 1 mg. Isso é importante, porque o custo da síntese ou do isolamento de quantidades, ainda que pequenas, de um composto pode ser alto, pelo menos até que a síntese possa ser aperfeiçoada. Após a identificação de um protótipo, são necessários gramas para realizar estudos de caracterização biológica, de toxicidade e química. Quilogramas são necessários ao se iniciarem os ensaios clínicos de um fármaco e, caso seja aprovado, as indústrias devem fabricar material em escala suficiente para atender ao uso esperado. A qualidade e a documentação das especificações do processo de fabricação devem ser mantidas durante toda a transposição de escala (ver Cap. 49).

A caracterização química refere-se às propriedades químicas do candidato a fármaco, inclusive características físicas como ponto de fusão, forma cristalina e solubilidade, bem como pureza e estabilidade. As características físicas e químicas de um candidato a fármaco são fundamentais para determinar a melhor forma de administração e armazenamento (Quadro 48.3). A estrutura química do composto costuma ser elucidada usando diversas técnicas, inclusive espectrometria de massa, que mostra o peso molecular do composto; análise elementar, que determina sua composição atômica; RMN, que esclarece os tipos e padrões de ligações químicas presentes; e cristalografia de raios X, que determina sua estrutura tridimensional. Também é importante distinguir entre vários isômeros do mesmo composto, porque muitas vezes a atividade biológica é isômero-seletiva. Por exemplo, o propranolol (ver Cap. 24) é uma mistura de isômeros L e D, mas apenas o isômero L atua como antagonista do -adrenoceptor. Os químicos também descrevem as propriedades físicas da molécula, como o pKa de um fármaco ácido ou básico, que são usadas no desenvolvimento da formulação (ver adiante).

Além disso, avalia-se a solubilidade do fármaco em diversos solventes, principalmente a água, para fornecer informações sobre a provável biodisponibilidade oral da molécula e o possível metabolismo hepático. O coeficiente de partição descreve o modo de distribuição da molécula entre um solvente aquoso, análogo ao sangue, e um solvente hidrofóbico, análogo à membrana plasmática. Por fim, devem ser determinados os perfis de estabilidade e impureza do composto.

O objetivo da biologia da descoberta é determinar a probabilidade de eficácia da molécula em uma doença específica. A efetividade pode ser avaliada nos níveis bioquímico, celular, tecidual, dos órgãos e do organismo. Caso sejam encontradas propriedades biológicas indesejáveis, pode ser possível modificar a estrutura para melhorar seu perfil farmacológico. Em geral, os ensaios bioquímicos e celulares são usados no início do processo de descoberta do fármaco, ao passo que estudos mais complexos em órgãos e em animais são usados na fase de otimização do protótipo para caracterizar as propriedades farmacológicas da molécula.

Os ensaios bioquímicos avaliam o mecanismo de ação do candidato a fármaco em nível molecular. Os ensaios de ligação ao receptor avaliam a afinidade de ligação e a seletividade da molécula pelo receptor-alvo. Os ensaios da atividade enzimá-

QUADRO 48.3 Informações Obtidas em Estudos de Caracterização Química TIPO DE ENSAIOTÉCNICA EXPERIMENTALIMPLICAÇÕES CLÍNICAS

Caracterização, estruturaRMN, espectroscopia IR; espectrometria de massa, cristalografia de raios X Pureza isomérica, princípio ativo

Coeficiente de partiçãoPartição de octanol/águaFarmacocinética, incluindo absorção, distribuição, metabolismo e excreção; distribuição tecidual

EstabilidadeMedidas da estabilidade em diferentes condições (calor, frio, umidade, luz) Vida útil, produtos da decomposição

ImpurezasHPLC, CG, espectrometria de massaPossíveis reações adversas a impurezas, toxicologia

SolubilidadeSolubilidade em vários solventesFarmacocinética, incluindo absorção, distribuição, metabolismo e excreção; formulações tica medem a capacidade do fármaco de inibir a atividade de uma enzima-alvo. A seletividade para o alvo desejado é essencial no planejamento e no teste das moléculas do protótipo.

Nos ensaios celulares, os pesquisadores tentam determinar se a(s) molécula(s) do protótipo atua(m) de modo adequado em um ambiente mais semelhante ao uso in vivo. Por exemplo, se o fármaco destina-se a atuar no citoplasma, é essencial verificar se ele atravessa a membrana plasmática. A avaliação inicial da possível toxicidade pode ser feita incubando-se a molécula do protótipo com vários tecidos ou células, como hepatócitos ou extratos celulares, para investigar seus produtos metabólicos, e também o efeito da molécula sobre as enzimas hepáticas ou a interação com outros fármacos. A capacidade de o ritonavir inibir as enzimas do citocromo P450 foi constatada em ensaio desse tipo. As alterações induzidas pelos fármacos nos padrões complexos de expressão gênica podem ser avaliadas empregando-se chips de arranjos gênicos capazes de medir os níveis de RNAm em milhares de genes simultaneamente.

Por fim, no nível máximo de complexidade, são estabelecidos os efeitos do candidato a fármaco em organismos inteiros. Em condições ideais são usados modelos animais que refletem os aspectos essenciais da fisiopatologia humana para a doença-alvo. Por exemplo, agentes quimioterápicos contra o câncer podem ser testados em camundongos nus (com deficiência de células T) inoculados com células tumorais humanas. Da mesma forma, fármacos para o tratamento da osteoporose pós-menopáusica podem ser testados em ratos submetidos a ooforectomia para imitar o estado pós-menopausa. O Quadro 48.4 descreve apenas alguns dos muitos modelos animais usados por pesquisadores farmacêuticos.

Estudos que descrevem o destino de uma molécula após sua administração são decisivos na compreensão da possível efetividade e da segurança daquela molécula. Juntos, esses estudos descrevem o perfil de ADME da molécula. Os princípios básicos investigados nesses estudos são descritos nos Caps. 3 e 4. Inicialmente são realizados em animais, obtendo-se informações complementares durante o desenvolvimento clínico do fármaco.

A exposição sistêmica de um candidato a fármaco costuma ser determinada em estudos farmacocinéticos, nos quais se mede a concentração do fármaco na circulação sistêmica em vários momentos após a administração. Os parâmetros importantes incluem o nível máximo (“pico”) de exposição sistêmica, o tempo após a administração em que há exposição sistêmica máxima, a exposição sistêmica global durante um intervalo de tratamento e o período de permanência do fármaco na circulação. Esses parâmetros são medidos após a administração de diferentes doses e também são avaliados na administração aguda (dose única) e crônica (doses repetidas). A avaliação dos tecidos onde o fármaco é distribuído e das vias de excreção costuma ser feita por administração do fármaco radiomarcado seguida por medida dos níveis de radioatividade nos diferentes órgãos e líquidos do corpo.

Como exposto no Cap. 4, o metabolismo ou biotransformação refere-se aos processos pelos quais as reações bioquímicas alteram os fármacos no corpo. À medida que a descoberta e o desenvolvimento de fármacos avançam, há uma reunião contínua de dados para compreender esses processos em um candidato a fármaco. Os estudos iniciais costumam ser realizados in vitro, usando microssomos ou hepatócitos de animais ou seres humanos como fonte das enzimas que metabolizam o fármaco. Os parâmetros avaliados incluem a estabilidade metabólica do fármaco e sua capacidade de inibir ou induzir importantes enzimas que o metabolizam. Estes últimos estudos ajudam a avaliar o potencial da molécula de causar interações metabólicas medicamentosas. À medida que o desenvolvimento de fármacos progride, são realizados estudos para caracterizar o destino metabólico do candidato a fármaco em animais e seres humanos. Além disso, são realizados estudos formais de interação medicamentosa para determinar se o candidato a fármaco tende a afetar o metabolismo de outros fármacos já usados no tratamento da doença-alvo.

Realizam-se estudos de toxicidade em animais para determinar se é seguro iniciar ensaios clínicos com o candidato a fármaco e, por fim, comercializar o fármaco. À medida que avança o desenvolvimento clínico do fármaco, os estudos tornam-se cada vez mais longos e complexos. O programa de teste de toxici-

QUADRO 48.4 Exemplos de Modelos de Eficácia Usados na Descoberta de Fármacos

Artrite reumatóideArtrite induzida por colágenoAnticorpos anti-FNT CâncerXenoenxertos tumorais em camundongos nusCisplatina

DiabetesRoedores geneticamente predispostos (rato obeso e diabético Zucker)Insulina

Metformina Tiazolidinedionas

HipercolesterolemiaRatos/camundongos geneticamente hipercolesterolêmicos Hipercolesterolemia induzida pela dieta Estatinas

ObesidadeRatos db/db e ob/obOrlistate

Rimonabante Sibutramina

Osteoporose pós-menopáusica Ratas ooforectomizadas Bifosfonatos

SERM (raloxifeno) Teriparatida

806 | Capítulo Quarenta e Oito dade em animais é individualizado de acordo com o objetivo terapêutico desejado. Por exemplo, um fármaco criado para ser usado em dose única em um ambiente de cuidados intensivos requer apenas estudos em animais de curta duração, ao passo que um agente destinado ao uso prolongado requer estudos durante quase toda a vida do animal. Como esses estudos de toxicidade em animais são fundamentais para a avaliação precisa dos possíveis riscos da administração do candidato a fármaco aos participantes de ensaios clínicos, eles são regulamentados por normas complexas. Para garantir a qualidade dos dados, os principais estudos toxicológicos, que respaldam diretamente um ensaio clínico, devem seguir um conjunto de regras chamadas Boas Práticas de Laboratório (BPL).

Muitas organizações de descoberta de fármacos fazem uma avaliação inicial da toxicidade da molécula durante a otimização do protótipo. Nessa fase, os ensaios de toxicidade podem incluir a possibilidade de a molécula alterar o DNA (teste de genotoxicidade), o potencial de afetar o sistema cardiovascular (teste de farmacologia cardiovascular) e sua toxicidade em estudos de curta duração em animais. Esses estudos permitem conhecer os mecanismos de possíveis efeitos tóxicos da molécula. Também podem determinar a probabilidade de se encontrarem margens de segurança aceitáveis nas fases posteriores do desenvolvimento do fármaco. A toxicidade significativa no órgão-alvo (funcional e/ou histopatológica) é um motivo freqüente de exclusão da molécula nessa fase do desenvolvimento do fármaco.

Quando a molécula chega à fase de testes para autorização do ensaio clínico, é realizado um conjunto mais amplo de estudos de toxicidade. Alguns dos dados de segurança mais importantes provêm dos estudos de toxicidade de doses repetidas. Em geral, esses estudos são realizados em uma espécie de roedor (p. ex., rato ou camundongo) e outra de não-roedor (p. ex., cachorro ou macaco). Nesses estudos, os animais recebem doses variadas da molécula durante períodos (p. ex., 2 semanas a 1 ano) que dependem da duração do ensaio clínico proposto. Os estudos de toxicidade de doses repetidas avaliam o peso corporal, os sinais clínicos e os parâmetros laboratoriais clínicos (hematologia, análise bioquímica e exame de urina). Também é realizada avaliação histológica de todos os sistemas orgânicos. Estudos de segurança farmacológica são usados para avaliar possíveis efeitos indesejáveis do fármaco nos sistemas nervoso central, cardiovascular e respiratório. A genotoxicidade é avaliada por completo; são realizados estudos em animais para caracterizar os efeitos na fertilidade, reprodução e desenvolvimento; e é avaliada a capacidade do fármaco de induzir tumores em modelos animais. Em resumo, os resultados desses amplos estudos em animais identificam as possíveis toxicidades após a administração do fármaco a seres humanos e avaliam as exposições sistêmicas e as durações de tratamento que poderiam provocar esses efeitos adversos.

A síntese química efetiva deve atender a vários requisitos. O ideal é que sejam necessárias poucas etapas de síntese. Cada etapa adicional aumenta a possibilidade de impurezas, diminui o rendimento (a quantidade de material obtido ao fim da síntese) e eleva o custo. Se a síntese pode produzir múltiplos isômeros de um composto, é preferível uma síntese que produza apenas o isômero-alvo. Por fim, deve ser possível a síntese em maior escala.

Duas técnicas, a análise retrossintética e a síntese convergente, ajudam a estabelecer um bom esquema de síntese. Na análise retrossintética, as principais etapas são desenvolvidas examinando-se elementos estruturais importantes no produto final e averiguando como reações específicas poderiam levar ao produto (Fig. 48.4). Esse procedimento é realizado repetidamente para que uma molécula final complexa seja reduzida a intermediários mais simples. A vantagem dessa técnica é que simplifica muito o planejamento da síntese de um produto complexo e leva de imediato a uma síntese convergente. Na síntese convergente, as partes individuais de uma molécula são sintetizadas em separado e só são reunidas perto do fim da síntese (Fig. 48.5). Isso aumenta o rendimento geral da síntese reduzindo o número de etapas lineares necessárias e permite a otimização individual de cada componente essencial do produto final. Esses dois métodos são complementares e costumam ser empregados juntos no planejamento da síntese química de um composto.

No desenvolvimento inicial do fármaco, o objetivo da química de desenvolvimento é produzir produto suficiente para atender às demandas da caracterização química e biológica, principalmente para estudos de toxicologia em animais e formulação. À medida que aumenta a necessidade, a estratégia de síntese deve evoluir. Por exemplo, a síntese química muitas vezes começa usando matérias-primas disponíveis, que podem incluir substâncias químicas especializadas de alto custo. No entanto, à medida que aumenta a escala da síntese, esses reagentes devem ser substituídos por opções mais baratas (e/ou mais seguras). Além disso, no esquema inicial de síntese cada

Complexo Simples

Fig. 48.4 Análise retrossintética de uma molécula complexa. A análise retrossintética de uma molécula complexa, como o composto bicíclico ilustrado, permite a identificação de materiais de partida simples como o cicloexadieno. A análise do elemento estrutural (azul) mostra o processo criativo necessário para prever como uma estrutura complexa poderia ser desconstruída em suas partes componentes. A estrutura no quadro azul ilustra o raciocínio necessário ao desconstruir uma molécula. Esses materiais de partida simples podem então ser combinados em uma série de etapas para criar a molécula complexa. Para simplificar, não são mostrados os detalhes da síntese.

intermediário é isolado, purificado e caracterizado para assegurar a efetividade de cada etapa seqüencial. À medida que os químicos adquirem mais experiência na síntese, porém, várias etapas podem ser combinadas sem o isolamento de intermediários ou a purificação dos produtos de cada reação, na denominada síntese em um frasco (one-pot synthesis).

Após o pleno desenvolvimento da estratégia de síntese de um candidato a fármaco, os químicos de processo devem adaptar a síntese para a fabricação comercial em larga escala. Esse

QUADRO 48.5 Vantagens e Desvantagens de Formulações Comuns

Enteral

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