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Farmaci Biotecnologici
Mariapia Vairetti
Dipartimento di Medicina Interna e TerapiaSezione di Farmacologia e Tossicologia Cellulare e
Molecolare
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La produzione industriale di farmaci utilizzando i sistemi viventi come bioreattori si è da allora largamente diffusa, diventando attualmente la via preferita di sintesi di numerosi farmaci, in particolare per il costo di produzione relativamente basso.
Interferone beta: peso molecolare 19.000
Aspirina:
Peso molecolare 180
Chimici Biotecnologici
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Insulina umanail primo prodotto
“ricombinante” autorizzato per uso terapeutico
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L’insulina è prodotta dalle cellule βdelle isole pancreatiche sotto forma di un precursore di 110 aminoacidi detto preproinsulina
La conversione della proinsulina in insulina avviene nel complesso diGolgi ad opera di endopeptidasi.
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Effetti immediati e ritardati dell’insulina
1. Favorisce l’entrata di glucosio nelle cellule
2. Nel fegato:
- favorisce la sintesi di glicogeno (utilizzo del glucosio)
- inibisce la glicogenolisi (deg. glicogeno)
- inibisce la gluconeogenesi
3. Nei muscoli:
- promuove la sintesi proteica e inibisce il catabolismo proteico
- promuove la sintesi di glicogeno
4. Nel tessuto adiposo:
- aumenta la sintesi di acidi grassi etrigliceridi, riduce la lipolisi inattivando le lipasi
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In seguito al legame con l’insulina il recettore viene subito internelizzato, in seguito adinternelizzazione il recettore può essere degradato o riciclato per tornare sulla superficie della cellula.
Il legame dell’insulina al recettore porta ad una rapida autofosforilazione dei residui ditirosina, questo catalizza la fosforilazione di altri substrati enzimatici.
L’insulina può anche controllare la sintesi di secondi messaggeri, tramite l’attivazione dellafosfolipasi C che possono mediare l’azione di enzimi cellulari.
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Profilo fisiologico dell’insulina
Produzione: 0,6 U/kg/24h - produzione basale continua, indipendente dai pasti- secrezione episodica e rapida, in corrispondenza dei pasti
Ore della giornata
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cosi
opl
asm
atic
o m
mol
/l
Soggetto normale
Soggetto diabetico
Pasti
0
5
10
15
20
0900 1200 1500 1800 2100 2400 0300 0600
Deficit di insulina: Diabete Mellito
eccesso extracellulare
deficit intracellulareglucosio fame in mezzo
all’abbondanza
Si tratta della principale patologia che interessa il pancreas endocrino. Causa alterazioni del metabolismo ed iperglicemia
↓ entrata di glucosio nelle cellule
↑ di glucosio in circolo: ↑ gluconeogenesi epatica
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DIABETE DI TIPO Io INSULINO-DIPENDENTE
• Compare soprattutto nei giovani
• Insulina virtualmente assente• Causa chetosi • Sembra avere cause
autoimmuni• Si tratta con insulina esogena
DIABETE DI TIPO IIo INSULINO-INDIPENDENTE
• Compare soprattutto negli adulti obesi
• Carenza recettori insulina• Non causa chetosi• Sembra avere cause
ereditarie• Può essere tenuto sotto
controllo con una dieta adeguata ed esercizio fisico
• Si tratta con antidiabetici orali (sulfaniluree)
Analoghi dell’insulina
Sono prodotti in cui la sequenza aminoacidica propria dell’insulina umana viene modificata ad arte con delle sostituzioni di uno o più
aminoacidi.
1996
Insulina Lispro
Azione rapida (< 30 minuti)
Durata breve (3 ore)
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Analoghi dell’insulina
Insulina Lispro
Tempo (minuti)
Insulina Lispro
Insulina Umana Normale
Con
cent
razi
one
di in
sulin
a lib
era
nel s
angu
e (µ
g/L)
0 240 4800.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
- Somministrazione al momento del pasto (IR: 30 minuti prima) - Somministrazione dopo il pasto nei bambini molto piccoli - Minor accumulo sottocutaneo: minor rotazione delle sedi d’iniezione
Poiché l’azione termina dopo circa 4 ore è necessario associarla ad un’insulina a lunga durata, per il mantenimento dei livelli basali
Analoghi dell’insulina
Insulina Aspart
Azione rapida (∼∼∼∼ 60 minuti)
Durata breve (3 ore)
Carica -
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• Concentrazione plasmatica doppia in metà tempo rispetto a IR• Necessario associare un’insulina ad azione ritardata per il controllo
della glicemia notturna
Analoghi dell’insulina
Insulina Aspart
3.0
4.0
Tempo (minuti)
Insulina Aspart
Insulina Umana Normale
Con
cent
razi
one
di in
sulin
a lib
era
nel s
angu
e (µ
g/L)
0 240 4800.0
2.0
1.0
Asp
Analoghi dell’insulina
Insulina Glargina
Cariche +
Lunga durata d’azione (∼∼∼∼ 24 ore)
Tempo di inizio (∼∼∼∼ 1.5 ore)
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Analoghi dell’insulina
Insulina Glargina
- Assenza del picco d’azione- Simula il profilo di secrezione continua di insulina dei soggetti non diabetici - Somministrazione 1 sola volta al giorno
Poiché formulata in soluzioni a pH acido non la si può somministrare insieme ad altra insuline (pH neutro)
Tempo (ore) dopo l’iniezione sottocute
Util
izza
zion
e de
l G
luco
sio
(mg/
kg ·
min
)
0 20 300
2
4
10
Insulina Glargina
Insulina
24
Termine dell’osservazione
Altre categorie di farmaci prodotti mediante la tecnologia del DNA ricombinante
Ormoni Polipeptidici
Eritropoietina: regola la produzione di globuli rossi da parte del midollo osseo Epocim®
Peptidi o piccole proteine che svolgono funzioni essenziali nel controllo del
metabolismo nei mammiferi.
Alcuni sono farmaci salvavita
Ormone della crescita:Humatrope®
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Altre categorie di farmaci prodotti mediante la tecnologia del DNA ricombinante
Proteine del sangue
Fattore VIII: Recombinate®
Proteine o fattori coinvolti nei processi della coagulazione del sangue (fattori VII, VIII, IX) sia nei processi che
degradano i coaguli (TPA)
Si sono eliminati i rischi associati alla potenziale contaminazione da parte di agenti virali (HIV, HBV, HCV)
TPA: Activase®
Altre categorie di farmaci prodotti mediante la tecnologia del DNA ricombinante
Immunomodulatori e Antitumorali
Interferone β: usato nel trattamento della SM, agisce sui linfociti T inibendone la migrazione e riduce la produzione di citochine. Avonex®,Betaferon®, Rebif®
I più noti sono gli interferoni che a seconda del tipo possono
esplicare attività antivirale (α e β), immunomodulatrice (γ) o
antitumorale (α). Interferone α: usato nel
trattamento di cancro al rene, melanoma, alcune forme di
linfoma e leucemie. IntronA®, Infergen®,
Alfaferone®, Roferon-A®
Interferone γ : usato per ridurre l’incidenza di infezioni in pazienti con ridotte difese
immunitarie. Imukin®
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Altre categorie di farmaci prodotti mediante la tecnologia del DNA ricombinante
Immunomodulatori e Antitumorali
Antagonisti del TNF: usati nel trattamento dell’artrite reumatoidee psoriasica. Enbrel®, Remicade®,
Altre molecole che trovano applicazione nella terapia antitumorale sono le
interleuchine (IL-2), antagonisti del TNF
IL-2: usata nel trattamento di alcune forme tumorali come il cancro al rene e alcuni
melanomi. Proleukin®
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Mediante la tecnica del DNA ricombinante sono stati prodotti diversi vaccini la maggior parte dei quali è stata allestita clonando in una cellula procariota o eucariota il gene del microrganismo che codifica per la principale proteina immunogena, cioè quella proteina che nell’ospite porta alla produzione di anticorpi in grande quantità.
Vaccini Ricombinanti
Vaccini a sub-unità
Vaccini virali: una proteina del capside o della membrana esterna (envelope)
Vaccini batterici: proteine di adesione (antigeni dellefimbrie) o specifiche tossine modificate (anatossine)
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• Epatite B rappresenta un grosso problema sanitario: il virus responsabile (HBV), oltre che a causare la cirrosi epatica è anche un agente cancerogeno (cancro al fegato).
• Ad oggi il numero dei portatori cronici è stimati sui 300 milioni e possono trasmettere il virus a coloro che vengano in contatto con sangue infetto, liquido seminale, secrezioni vaginali, saliva, sudore o lacrime perpetuando così il mantenimento dell’infezione.
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• Virus a DNA con envelope
• Il virione contiene due antigeni associati al guscio proteico interno (core): Hbc e Hbe e un antigene di superficie (sull’envelope) HBsAg (Hepatitis B surface Antigen)
HBsAg rappresenta quindi la molecola di scelta per allestire il
vaccino.
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• Il gene virale che codifica per HBsAg è stato clonato in un vettore e quindi trasferito ed espresso in un lievito S. Cerevisiae
• L’antigene prodotto dal lievito presenta tutte le caratteristiche della proteina HBsAgnativa (glicosilazione e altre modifiche post-traduzionali)
• Antigene viene purificato per ultracentrifugazione, cromatografia e precipitazioni frazionate (purezza > 98%) viene adsorbito su Al(OH)3 che funziona daadiuvante
Engerix-B®
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• Il maggior responsabile di questa patologia è il batterioHaemophilus Influenzae di tipo b (Hib).
• Prima della diffusione del vaccino la Meningite Batterica colpiva negli Stati Uniti 1 bambino su 200
• 1/4 dei bambini che sopravvivevano all’infezione presentavano lesioni cerebrali o perdita dell’udito
Oggi, grazie al vaccino ricombinante la meningite da Hib è una rarità: l’incidenza di infezione si è ridotta del 90% ed in alcuni
paesi è addirittura scomparsa
Hiberix®
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• Mediante la tecnica del DNA ricombinante è stato ottenuto un ceppo di Bordetella Pertussis capace di produrre una tossina della pertosse del tutto identica,antigenicamente, a quella del ceppo patogeno, ma assolutamente priva di tossicità.
• La tossina mutata, prodotta in laboratorio su larga scala, viene purificata e impiegata come vaccino
Vaccino Antipertosse
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Batteri o virus modificati geneticamente in modo da poter essere impiegati come vaccini
vivi ricombinanti
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• Nuovi vaccini: si sono incorporati i geni di alcuni virus (Epatite B, H. Simplex, Influenza Virus) nel genoma del Vaccinia Virus
• Nel coniglio, esperimenti preliminari di vaccinazione hanno dimostrato che si ottiene protezione valida verso questi virus
• La scelta di questo virus “vettore” sta nella sua resistenza: un vaccino così allestito non deve essere refrigerato e può venire liofilizzato e somministrato mediante scarificazione cutanea
Microrganismi eterologhi naturalmente non patogeni o resi tali
• Alcuni proxivirus e batteri del genere Salmonella edEscherichia
• Dopo ingegnerizzazione fungono da vettori di geni esogeni, esprimono cioè le proteine immunogenedell’agente patogeno verso cui si vuole proteggere l’individuo
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• In questi microrganismi sono stati modificati o deleti i geni che ne condizionano la virulenza
• Il microrganismo potrà moltiplicarsi nel soggetto vaccinato, stimolando attivamente la risposta immunitaria specifica senza però causare la malattia
• Virus Erpetico allo studio quale vaccino dopodelezione del gene TK che causa la virulenza
• Batterio Vibrio Cholerae allo studio quale vaccino dopo averlo privato della capacità di produrrel’enterotossina attiva, ma ancora in grado di indurre immunità
Ceppi di microrganismi patogeni omologhi
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