Farmacologia: farmaci biotecnologici

                               FARMACI BIOTECNOLOGICI

I Farmaci Biotecnologici sono sostanze biologicamente attive (proteine e acidi nucleici) che vengono prodotte del tutto o in parte attraverso biotecnologie innovative e che rispondono a precisi requisiti. Vengono generate da una fonte non nativa (non esistente come tale in natura).

L’ingegnerizzazione del sistema biologico può consistere nella manipolazione del genoma sfruttando la tecnologia del DNA ricombinante (si intende una sequenza di DNA ottenuta artificialmente dalla combinazione di materiale genetico di origini differenti) o, come nel caso degli anticorpi monoclonali, nella generazione di un ibridoma.

Agiscono da endofarmaci: il loro meccanismo d’azione mima la funzione delle molecole biologiche endogene, ad esempio degli ormoni proteici classici (come l’insulina) o innovativi (citochine).

Da questa definizione di biofarmaco vengono esclusi gli antibiotici che vengono prodotti in natura dai microrganismi attraverso la fermentazione.

Due esempi di farmaci biotecnologici sono: gli agenti stimolanti l'eritropoiesi (ESA) e gli anticorpi monoclonali (MAB).

ESA

La maggior parte degli agenti stimolanti l'eritropoiesi sono eritropoietine ricombinanti. Benchè l'eritropoietina non sia l'unico fattore di crescita responsabile dell'eritropoiesi, essa è il più importante regolatore della produzione di globuli rossi. Una sua carenza provoca anemia.

L'eritropoietina è sintetizzata regolarmente dal rene (ma anche da fegato e milza) con un picco pomeridiano, e la sua sintesi aumenta di 100 volte  in seguito a cambiamenti nella disponibilità di ossigeno. I suoi effetti si esplicano per la sua interazione con recettori specifici sulla superficie dei progenitori eritroidi, ovvero i megacariociti. 

Il recettore a cui si lega l'EPO è EPO-R, una glicoproteina trasmembrana appartenente alla famiglia dei recettori per le citochine. Il gene di EPO-R è espresso non solo sui megacariociti, ma anche in  miociti, endotelio, tessuto cardiaco, fegato e cervello. Quando non lega l'EPO esiste in forma dimerica. Il recettore appartiene alla famiglia JACK-STAT, ovvero in seguito a legame con il substrato, JACK (tirosinchinasi citoplasmatica) fosforila 8 residui tirosinici presenti sulla faccia citoplasmatica di EPO-R. Le tirosine fosforilate agiscono da siti per l'ancoraggio di proteine segnale e fattori di trascrizione, come STAT che porterà alla trascrizione di diversi geni che promuovo la sopravvivenza, la differenziazione e la proliferazione cellulare.

Se il complesso EPO-recettore rimane associato viene internalizzato e demolito, quando invece la proteina si trova in forma libera viene metabolizzata a livello renale ed epatico .

L'eritropoietina contiene 165 AA che servono per il legame recettoriale e 4 catene oligosaccaridiche (terminanti con 7-11 residui di ac. Sialico → n determina l'isoforma) che determinano la farmacocinetica.

L'EPO ricombinante o rHuEPO è prodotta mediante l'ingegnerizzazione genomica; il DNA ciclico viene introdotto all'interno di cellule batteriche, lievitiche o animali. Batteri e lieviti producono una grande quantità della glicoproteina, però non sono in grado di glicosilarla. La glicosilazione è necessaria per l'attività biologica, serve per il ripiegamento delle catene polipeptidiche, proteggono le strutture proteiche e modulano la farmacocinetica.

Le rHuEPO sono:

-        rHuEPO α e β con grado di glicosilazione simile alla EPO umana

-        Darboboietina (NESP), una forma geneticamente modificata dell'eritropoietina iperglicosilata. L'iperglicosilazione comporta una minor affinità tra proteina e recettore (5 volte meno affine) con conseguente emivita maggiore rispetto a EPO umana e rispetto alle altre EPO ricombinanti. L'effetto è più duraturo, infatti se somministrata per via sottocutanea è suffieciente una iniezione una volta al mese.

-        C.E.R.A. (Continuous Erythropoietin Receptor Activator, "attivatore continuo del recettore dell’eritropoietina") è una molecola di eritropoietina alla quale è aggiunta una lunga catena proteica, che porta il suo peso ad essere quasi il doppio della molecola standard. E' una catena singola da 30 kDa di metossi-polietilenglicole, integrata con l’EPO β, attraverso un legame con l’acido succiminidil-butanoico Per queste peculiarità, la sua emivita è molto lunga: ciò permette di allungare gli intervalli di somministrazione, arrivando fino ad una volta al mese.

Oltre all'iperglicosilazione, anche la pedilazione con polietilenglicolo comporta minor affinità per il recettore. NESP e CERA si legano poco al recettore e si staccano in fretta, stimolando i recettori alla risposta, senza “saturarli” e consumarli.

Una volta attivato il recettore dell'EPO, la risposta intracellulare prosegue per diversi minuti dopo che il ligando si è dissociato dal complesso recettoriale. Per questo motivo non è necessaria l'occupazione prolungata o continua del recettore per la stimolazione dell'eritropoiesi (darbo e C.E.R.A.).

 Le proteine hanno un’elevata biodisponibilità se somministrate per via sottocutanea, il loro assorbimento è molto veloce; la somministrazione sottocutanea di darbopoietina e C.E.R.A. può essere effettuata una volta/mese (↑ t1/2), mentre le somministrazioni di rHuEPO devono essere più frequenti.

CONCLUSIONI:

• Lo scopo della terapia con ESA, in corso di anemia renale, è quello di colmare la carenza cronica dell’ormone eritropoietina
•  Più continua è la presenza in circolo dell’Epo e tanto più efficace è l’azione eritropoietica
•   La clearance degli ESA è dovuta principalmente all’azione di internalizzazione e degradazione recettoriale
•  Diminuendo l’affinità recettoriale diminuisce la clearance degli ESA e aumenta la loro emivita
•  L’emivita prolungata conferisce agli ESA una maggiore efficacia eritropoietica

Anticorpi monoclonali (MAB)

Gli anticorpi monoclonali sono anticorpi tutti identici tra loro e specifici per un determinato antigene. La tecnologia dei MAB prevede l’inoculo di un determinato antigene in un individuo immunocompetente (che produce linfociti B); l’ estrazione e isolamento dei linfociti B e la loro successiva fusione con una cellula tumorale (mieloma) che è in grado di stimolare la sua riproduzione (cosa che non avverrebbe se il linfocita B dovesse rimanere isolato in vitro) e la sintesi di anticorpi specifici verso l’antigene.

Gli anticorpi sono molto importanti in farmacologia, in quanto sono estremamente selettivi e mirano a colpire una singola struttura biologica (recettore, proteina) in modo preciso, riducendo così gli effetti collaterali e aumentando l’efficacia della terapia.

Più di 30 anticorpi monoclonali (IGG) approvati dalle autorità regolatorie americane (FDA) ed europee (EMA); circa il 30% dei farmaci di nuova immissione saranno MAB.

Gli anticorpi monoclonali, come tutti gli anticorpi, sono costituiti da:

·                   Due frammenti Fab: frammento che riconosce e lega selettivamente l’antigene (opsonizzazione)

·                    Un frammento Fc (frammento cristallizabile) che è in grado di interagire con numerosi recettori chiamati FcR, posti sulla superficie di molte cellule immunitarie (macrofagi, eosinofili, basofili, linfociti B) e di metterle in contatto con l’antigene da eliminare. Al frammento Fc di alcuni anticorpi (principalmente IgG) si legano inoltre alcuni fattori della via classica del complemento, che utilizzano così l'anticorpo per ancorarsi alla superficie della particella estranea e mettere in atto quella cascata di reazioni volte alla sua eliminazione.

Negli anticorpi monoclonali la porzione Fc viene glicosilata; la glicosilazione è correlata alla funzione biologica in quanto lega il complemento, ha effetto citotossico e può influenzare la farmacocinetica.

I MAB vengono utilizzati in diverse aree terapeutiche:

·                   Oncologia

·                   Artrite reumatoide

·                   Asma 

·                   Osteoporosi

·                    Riduzione dell’ipercolesterolemia dovuta ad una mutazione del gene che codifica per un enzima, il PCSK9. Questo è deputato alla degradazione dei recettori LDL e la mutazione comporta un aumento dell'attività di PCSK9 determinando una precoce degradazione del recettore LDL con conseguente accumulo di LDL in circolo. Gli anticorpi sono in grado di legarsi a questa proteina impedendone l'azione.

Nel corso degli anni si è assistito all’evoluzione degli anticorpi, dalla forma murina a quella umana, poiché gli anticorpi murini funzionano, ma successivamente perdono la propria efficacia poiché il nostro organismo li riconosce come estranei e produce anticorpi contro di essi. Vennero generati gli Anticorpi chimerici (XIMAB): costituiti per il 34% da proteine murine e per il 66% da proteine umane, con emivita di 4-5 giorni. Altri studi produssero anticorpi quasi interamente umani (UMAB): il 90-95% è costituito da sequenze umane. Fino ad arrivare agli Anticorpi interamente umani (MUMAB): presentano un’emivita molto più lunga dei precedenti (3 settimane, come quelli umani).

In seguito alla somministrazione per via endovenosa gli anticorpi seguono un’eliminazione bifasica: inizialmente avviene una rapida fase distributiva negli organi maggiormente perfusi; in un secondo momento avviene una lenta fase di eliminazione.

Gli anticorpi dal plasma diffondono negli spazi extracellulari per diffusione e transcitosi, non possono attraversare le barriere (come l'ematoencefalica). Gli anticorpi possono essere eliminati in diversi modi:

·                    Vie mediate dal target (internalizzazione)

·                    Anticorpi anti-MAB

·                    Vie non specifiche (es. proteolisi)

Esistono 5 classi  di immunoglobuline (anticorpi) raggruppate in base alla sequenza aminoacidica della regione costante della catena pesante: IgM, IgD, IgE, IgA, IgG.

Le isoforme delle IgG possiedono affinità per il recettore Fc neonatale o FcRn, fatta eccezione per le IgG3. L' FcRn è inizialmente coinvolto nel trasporto di IgG dalla placenta all'intestino del feto. Nella vita adulta, si posiziona sulla superficie delle cellule endoteliali, dei fagociti e degli epatociti. Queste cellule grazie al recettore FcRn sono in grado di legare le IgG a livello degli endosomi. Qui le trattengono, impedendo che vengano degradate e poi rilasciate non appena il recettore viene riespresso sulla membrana. Le IgG3, a causa della loro scarsa affinità per il recettore, possiedono emivita minore rispetto alle altre IgG.

Le IgG murine non hanno affinità per FcRn, questo è il motivo per cui vengono degradate velocemente; al contrario degli anticorpi MUMAB che hanno affinità simile alle IgG dell'organismo.

La Farmacocinetica dipende da diversi fattori :

-                  interazione con FcRn

-                  distribuzione dell'antigene → quando l'antigene si trova sulla superficie cellulare, l'eliminazione dell'anticorpo avviene mediante internalizzazione (meccanismo veloce); quando invece l'antigene a cui si lega l'anticorpo è circolante, l'eliminazione, renale ed epatica, sarà più lenta

-                  condizioni dell'ospite → età, funzionalità renale ed epatica, anche se le differenze tra pazienti, in termini farmacocinetici, sono generalmente modeste

-                  interazioni farmaceutiche → i mab non sono metabolizzati dai citocromi, leggerissime interazioni con altri farmaci

-                  immunogenicità

FARMACI:

l    TRASTUZUMAB

Il trastuzumab è un mab umanizzato che si lega al dominio extracellulare di HER2/neu.

Con l'acronimo HER2/neu viene identificato il recettore per il fattore di crescita epidermico umano. HER2 è una proteina a funzione di recettore di membrana del tipo tirosin chinasico (I recettori associati alla tirosina chinasi sono privi di attività catalitica intrinseca, ma il legame con il ligando induce la formazione di un recettore dimerico che interagisce ed attiva delle tirosina-chinasi citosoliche), posizionata esternamente alla cellula (faccia esterna), coinvolta nelle vie di trasduzione del segnale che portano alla crescita, al differenziamento cellulare e all'inibizione dell'apoptosi.

Circa il 30% dei tumori della mammella (anche in alcuni tumori all'esofago e allo stomaco) si sviluppano in concomitanza ad una amplificazione del gene HER2/neu. Il trastuzumab  impedisce la dimerizzazione del recettore, inibendo l'attivazione della tirosin chinasi e la trasmissione del segnale a valle.

Al momento è approvato per il cancro mammario che sovraesprime HER2/neu in combinazione con paclitaxel come trattamento iniziale o come monoterapia in seguito a recidiva dopo chemioterapia.

Farmacocinetica → vengono somministrati o 2 mg/kg ogni settimana o 6 mg/kg ogni 3 settimane (dose d'urto = più comoda per il paziente) per via endovenosa, questo perchè l'emivita è pari a 5,8 giorni. Se somministrato per via sottocutanea i profili cinetici sono sovrapponibili.

Tossicità → effetti tipici degli altri mab, ovvero: febbre, dispnea, brividi, nausea. L'effetto tossico più grave è l'insufficienza cardiaca, questo deve essere riconosciuto prontamente. Prima di una terapia, infatti, occorre un elettrocardiogramma che misuri la frazione di eiezione cardiaca. L'insufficienza cardiaca come conseguenza della terapia con trastuzumab ha un'incidenza pari al 5% circa.

l    ALEMTUZUMAB

L'alentuzumab  è un mab umanizzato somministrato in caso di leucemia linfoide cronica. La leucemia linfoide cronica (LLC) è una malattia linfoproliferativa cronica caratterizzata dalla proliferazione e dal conseguente accumulo di linfociti maturi neoplastici. La proliferazione e l’accumulo di questi linfociti si manifesta con l’aumento del numero dei globuli bianchi nel sangue venoso periferico e con l’ingrossamento di una o più stazioni linfonodali. Alcuni di questi linfomi sono la conseguenza di alti livelli di espressione del CD52 sulle cellule tumorali.

La CD52  è una proteina-antigene presente sulla superficie dei linfociti maturi, su elementi testicolari e nello sperma. Essa è la glicoproteina bersaglio del farmaco Alemtuzumab, il quale mediante il legame con CD52 riesce a distruggere le cellule tumorali. La lisi cellulare avviene o mediante ADCC, “citotossicità cellulare anticorpo-dipendente”, quindi attraverso il rilascio di fattori citotossici; oppure attraverso CDC, ovvero la citotossicità mediata dal complemento.

Farmacocinetica → il mab è somministrato per via endovenosa alla dose di 30 mg/kg tre volte alla settimana. A causa dell'ipersensibilità, il dosaggio inizia con un'infusione di 3 mg, seguiti da una dose di 10 mg due giorni dopo e, se il farmaco è ben tollerato, da una dose di 30 mg due giorni dopo. Il farmaco ha un'emivita iniziale di un'ora, ma dopo dosi multiple l'emivita aumenta fino a 12 giorni, e circa alla sesta settimana di trattamento si raggiunge lo steady state.

Tossicità → gli effetti tossici più preoccupanti includono reazioni infusionali acute e deplezione dei neutrofili e delle cellule T. Nella maggior parte dei pazienti si verifica una grave mielosoppressione. L'immunosoppressione indotta dall'anticorpo si associa a un significativo rischio di infezioni fungine e virali, dunque è necessario assumere anche degli antibiotici durante e dopo la terapia.

l    BEVACIZUMAB

Il bevacizumab è un anticorpo umanizzato che inibisce l'angiogenesi. Ha come bersaglio il fattore di crescita dell'endotelio vascolare VEGF, questo è un fattore che in seguito al legame con il proprio recettore attiva la tirosinchinasi intracellulare, e da inizio alla riproduzione delle cellule endoteliali; il bevacizumab è in grado di porsi tra VEGF e il proprio recettore, impedendo stericamente la loro interazione.

 L'angiogenesi assicura il flusso di sostanze nutritizie al tumore. Gli agenti antiangiogenici, come il Bevacizumab, ritardano la progressione del carcinoma e se in combinazione con la chemioterapia citotossica sono efficaci nel trattamento di tumori; per di più normalizzano la pressione a livello della massa tumorale, aumentando la capacità degli agenti chemioterapici di raggiungere il tumore.

Il bevacizumab è usato:

- da solo per bloccare la crescita del tumore renale, un carcinoma particolarmente vascolarizzato. Aumenta,infatti, la sopravvivenza dei pazienti di 3 mesi.

- In concomitanza con chemioterapici per il cancro al polmone, al colon retto e alla mammella.

Farmacocinetica → il mab ha un'emivita pari a 20 giorni. E' somministrato con un infusione endovenosa di 30-90 minuti, e la dose può variare in base ai diversi disegni clinici. Lo steady-state viene raggiunto in 100 giorni.

Tossicità → l'effetto collaterale più preoccupante è la potenzialità di danno vasale e sanguinamento. Altre controindicazioni sono l'ipertensione e la proteinuria. L'ictus o l'infarto miocardico sono due possibilità da tenere sotto controllo attraverso un attento studio del profilo sanitario di ogni singolo paziente. Infine sono stati riscontrati nei pazienti con cancro ovarico, casi di perforazione GI.

l    RITUXIMAB

Il rituximab è un anticorpo chimerico, costituito, quindi, da una parte di origine umana ed una parte origine murina. Quest'ultima sarà responsabile del legame con la proteina-antigene CD20 delle cellule B, bersaglio del farmaco.

L’interazione di CD20 con questo anticorpo non porta ad internalizzazione ma all’attivazione della trasduzione di un segnale i cui effetti finali sono inibizione della crescita cellulare ed apoptosi. L’Fc dell’anticorpo sembra inoltre contribuire all’effetto reclutando gli effettori naturali per l’ADCC ed attivando la CDC.

Questa terapia è usata contro il linfoma non Hodgkin che è una neoplasia maligna del tessuto linfatico, con localizzazione primitiva nei linfonodi e che più raramente possono comparire in sede extra-nodale (cute, ghiandole esocrine,  gonadi, apparato gastro-enterico,sistema nervoso centrale).

---Si differenzia dal linfoma Hodking per l'assenza delle tipiche cellule di Reed-Sternberg (grandi cellule binucleate) nei linfonodi o in altre aree. ---

Gli anticorpi anti-CD20 eliminano in maniera selettiva le cellule che esprimono sulla loro superficie la molecola CD20, ovvero sia i linfociti B tumorali, sia di quelli sani. In questo modo, vengono risparmiate le altre cellule sane ad attiva proliferazione, che vengono invece danneggiate quando si usa la chemioterapia. E' stato dimostrato che l’aggiunta del mab incrementa notevolmente la risposta clinica e la sopravvivenza dei pazienti, rispetto alla sola chemioterapia.

Farmacocinetica → Il rituximab viene somministrato in infusione endovenosa partendo sempre da dosi e velocità di infusione minime, per poi via via aumentarle; questo per evitare risposte di ipersensibilità. La sua emivita aumenta in seguito al numero di infusioni: si passa dalle 76 ore della prima infusione alle 206 ore in seguito alle quarta infusione. Questo cambiamento è imputabile alle variazioni delle dimensioni del tumore e al cambiamento della popolazione dei linfociti B. In seguito alla fine del trattamento il MAB può essere riscontrato nel sangue del paziente per ancora 3-6 mesi.

Tossicità → Le reazioni all'infusione di rituximab possono mettere in pericolo di vita, ma risultano solitamente lievi e limitate a febbre, brividi, prurito alla gola, orticaria e lieve ipotensione. I pazienti dovrebbero essere sottoposti a screening per l'epatite B prima dell'inizio della terapia, poiché il mab potrebbe riattivare il virus. Dopo 1-5 mesi possono sopravvenire sindromi autoimmuni.

l  CETUXIMAB

Il cetuximab è una immunoglobulina ricombinante chimerica uomo/topo che si lega al dominio extracellulare dell'EGFR. Il legame impedisce la dimerizzazione recettoriale, e quindi la trasduzione del segnale che porterebbe alla crescita cellulare.

Viene usato in diverse terapie:

-        per il tumore alla testa e al collo sia come monoterapia , sia in combinazione con la radioterapia

-        per il tumore al colon-retto sia come monoterapia, sia in associazione con l'irinotecan

Farmacocinetica → presenta caratteristiche farmacocinetiche non lineari. Ha un'emivita di 7 giorni , e lo steady state viene raggiunto con la terza infusione endovenosa settimanale. L'eliminazione avviene attraverso l'internalizzazione con EGFR e degradazione da parte del RE. La clearance diminuisce all'aumentare della dose.

Tossicità → gli effetti collaterali sono eritema acneiforme, prurito, cefalea, diarrea. Gli effetti collaterali più gravi sono arresto cardiopolmonare, pneumopatia interstiziale e ipomagnesiemia.

l  PANITUMUMAB

E' il primo anticorpo monoclonale totalmente umano che si lega specificamente al dominio extracellulare dell'EGFR impedendone la dimerizzazione. La differenza con Cetuximab è che non media la citotossicità cellulo-mediata.

Migliora la sopravvivenza senza progressione di malattia nel cancro colorettale metastatico.

Farmacocinetica → presenta caratteristiche non lineare. Dopo somministrazione endovenosa ogni due settimane, i livelli allo stato stazionario si raggiungono dopo la terza infusione. La dose ogni due settimane è di 6 mg/kg. La clearance è in funzione della dose.

Tossicità → gli effetti avversi sono simili a quelli del Cetuximab e comprendono anche fibrosi polmonare e anomalie elettrolitiche.

l  EFALIZUMAB

L’efalizumab è un anticorpo monoclonale umanizzato rivolto contro la molecola CD11 dell’integrina LFA-1. CD11 è una proteina coinvolta in diversi processi immunitari, media infatti l’interazione tra i leucociti e le cellule endoteliali (attraverso il legame con ICAM-1), la migrazione e la funzionalità delle cellule T citotossiche. L’efalizumab previene il legame tra LFA-1 e ICAM-1 interferendo con questi processi. Questo MAB viene utilizzato contro la psoriasi (malattia infiammatoria cronica della pelle).

Tossicità → L’agenzia europea di medicina ha sospeso dal commercio l’efalizumab a causa degli effetti collaterali che il farmaco può provocare, primo fra tutti la leucoencefalopatia multifocale progressiva (PML), una malattia virale rara e per lo più fatale caratterizzata da un danno progressivo o da un processo di infiammazione della sostanza bianca cerebrale in posizioni multiple; probabilmente dovuta all’inibizione della circolazione delle cellule T. Altri effetti collaterali possibili sono la trombocitopenia, aggravamento della psoriasi.

l  FARMACI ATTIVI SU TNFα

A questa famiglia appartengono il farmaco Infliximab e Adalimumab.

Il primo blocca i siti di legame TNF, una citochina proinfiammatoria che gioca un ruolo chiave nella reazione autoimmune, impedendogli il contatto con suo recettore (TNFR) attraverso il quale agisce. E' un mab chimerico usato per il trattamento della psoriasi, dell' artrite psoriasica, e dell' artrite reumatoide. Dopo la sua somministrazione, però sono stati registrati in alcuni pazienti alti livelli di trigliceridi e colesterolo.

Questo effetto collaterale è comune anche all'Adalimumab. Nei pazienti trattati con questo farmaco, infatti, i livelli di HDL e di LDL sono aumentati in maniera esponenziale. Viene somministrato ai pazienti con artrite reumatoide e morbo di Chron.