COVID-19: "Rinascimento" delle piccole molecole.

La ricerca di un farmaco contro il COVID-19 ha portato a una rinascita delle piccole molecole. Questo articolo esamina le piccole molecole dalla loro scoperta ai giorni nostri.

L'origine.

Siamo a Roma nell'anno 1893. In realtà, il medico e microbiologo romano Bartolomeo Gosio stava studiando la malattia da carenza vitaminica pellagra, la cui causa sospettava fosse un'infezione fungina del mais. Nel processo, ha isolato uno dei primi farmaci di origine "biologica" da una muffa del genere Penicillium (presumibilmente Penicillium Brevicompactum).^[1] Secondo le sue osservazioni, l'acido micofenolico cristallino isolato da Gosio inibiva la crescita dell'agente patogeno del carbonchio (Bacillus anthracis). Gosio ha pubblicato lo studio corrispondente nel 1896 (Figura 1).^[2]

Mentre Gosio è stato probabilmente quasi completamente dimenticato al giorno d'oggi a causa della sua mancanza di conoscenza dell'inglese, Alexander Fleming è rimasto nella storia mondiale fino ad oggi. Il medico e batteriologo scozzese riscoprì le penicilline nel 1922.^[3]
All'inizio, tuttavia, la sua ricerca ha ricevuto poca attenzione. Non è stato fino alla seconda guerra mondiale che la sua scoperta rivoluzionaria ha fatto breccia. Come spesso accadeva, la produzione di massa del principio attivo si è poi rivelata difficile. Solo quando anche gli Stati Uniti cominciarono a cercare un ceppo adatto di fungo che producesse penicillina in quantità maggiori e svilupparono un metodo di coltivazione del fungo per fermentazione, furono possibili prove sul campo su larga scala. La penicillina ha poi avuto un grande successo sui campi di battaglia del Nord Africa. Dal 1944, la produzione fu in grado di rifornire anche la popolazione civile. Alexander Fleming ricevette il premio Nobel per la medicina per la sua scoperta nel 1945.

Iniziò la marcia trionfale dei cosiddetti antibiotici (sostanze che inibiscono la crescita di microrganismi/batteri) e dei loro derivati e analoghi ulteriormente sviluppati.

Oggi.

Nel 2020, la popolazione mondiale dovrà affrontare grandi sfide. Il nuovo coronavirus SARS-CoV-2 domina la vita quotidiana di tutti nel mondo. Il virus, che si sta diffondendo rapidamente, ha causato diverse migliaia di vittime in tutto il mondo fino ad oggi.^[4]

Una corsa è iniziata in tutto il mondo per sviluppare un approccio terapeutico promettente. Progetti di anticorpi per l'immunizzazione passiva, studi per il nuovo sviluppo di agenti attivi o vaccini adatti fino al riutilizzo o "messa in gara" di farmaci antivirali già esistenti - in un altro contesto approvati. Questo modo rapido di avere un farmaco antivirale per la SARS-CoV-2 disponibile in modo tempestivo si basa su un approccio di "repurposing" (cambiare lo scopo). Il vantaggio è che entrambi i profili di sicurezza preclinici e clinici sono disponibili in linea di principio, ma non ancora nel contesto dell'infezione da SARS-CoV-2, o della malattia COVID-19. In questo contesto, un gran numero di cosiddette piccole molecole già stabilite sono attualmente in fase di test e queste ultime hanno quasi vissuto un piccolo rinascimento negli ultimi mesi.

Farmaci di piccole molecole contro farmaci biologici.

A proposito della gara! Qual è la differenza tra le cosiddette piccole molecole e i loro concorrenti, i biologici, e cosa ha a che fare con la situazione attuale?

Le piccole molecole ("small molecules", o NCE,"New Chemical Entities") sono composti organici a basso peso molecolare fino a 1 kDa. Influenzano o regolano i processi biologici. Un numero considerevole di sostanze farmaceuticamente attive rientra nella categoria delle piccole molecole. Le loro applicazioni nell'uomo nel prodotto farmaceutico finito sono diverse.

Per esempio, servono come medicinali in medicina o come pesticidi in agricoltura. Queste molecole sono di solito sintetizzate passo dopo passo in vasche agitate con una capacità di diverse migliaia di litri in solventi organici in condizioni di reazione regolate in modo ottimale e isolate tramite cristallizzazione controllata. La loro produzione industriale di massa non è costosa.

I biologici, d'altra parte, sono farmaci che vengono prodotti utilizzando la biotecnologia ricombinante e gli organismi geneticamente modificati(OGM). I cosiddetti fermentatori o bioreattori sono utilizzati per questo scopo.
I prodotti biologici hanno un peso molecolare di 1 kDa o più, sono generalmente polari e sensibili al calore. Rispetto alle piccole molecole, la loro struttura è notevolmente più complessa. Produrre grandi quantità (su scala di diversi chilogrammi) è molto complesso e molte volte più lungo e costoso che produrre piccole molecole. In particolare, i cosiddetti anticorpi terapeutici (si tratta di biologici macromolecolari di grandi dimensioni), che hanno una specifica proprietà di legame a determinate molecole bersaglio, sono utilizzati prevalentemente in oncologia per il trattamento dei tumori, ma anche in autoimmunità per il trattamento delle malattie autoimmuni croniche.^[5]

Vantaggi e svantaggi dei due gruppi.

Negli ultimi anni, è scoppiata una vera e propria competizione tra queste due categorie di prodotti. Entrambi i gruppi hanno le loro specifiche aree di applicazione e vantaggi e svantaggi.

Le piccole molecole erano considerate un business relativamente semplice nel frattempo, che sembrava aver quasi esaurito il suo potenziale, soprattutto nel contesto degli inibitori delle protein-chinasi. Le protein chinasi sono enzimi che trasferiscono alcune molecole (gruppi fosfato) a specifiche molecole bersaglio con uno sforzo energetico e quindi le attivano. Piccole molecole sono state sviluppate in modo tale da inibire il trasferimento del gruppo fosfato di alcune specifiche protein chinasi e quindi questi cosiddetti inibitori delle protein chinasi possono essere ampiamente utilizzati in oncologia per il trattamento dei tumori.^[6]

Le piccole molecole, d'altra parte, sono ampiamente utilizzate nella vita quotidiana. Due dei rappresentanti più noti sono probabilmente l'efavirenz, un farmaco chirale che appartiene al gruppo degli inibitori non nucleosidici della trascrittasi inversa (NNRTI) ed è usato per trattare i pazienti infettati dall'HIV.^[7] Un altro è il valsartan, del gruppo degli antagonisti AT1, ed è usato per trattare la pressione alta o l'insufficienza cardiaca da lieve a moderata (Figura 2).^[8]

Guardando i fatti e le cifre, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha approvato un totale di 262 New Chemical Entities (NCE) tra il 2010 e il 2017. Di questi, circa il 75% erano piccole molecole e il 25% biologici.^[9]

Tuttavia, se si guarda al prezzo delle due categorie di prodotti - i biologici sono significativamente più costosi delle piccole molecole - il quadro è diverso in termini di cifre di vendita e di spettro di applicazione.

Nel periodo dal 2011 al 2017, i ricavi delle vendite di prodotti biologici sono aumentati di ben il 70% fino a 232 miliardi di dollari. La quota del mercato farmaceutico totale è cresciuta da un totale del 16% nel 2006 al 25% nel 2016, senza segni di appiattimento o diminuzione in futuro.^[10]

Tuttavia, un enorme sforzo continua a fluire nella ricerca e nello sviluppo di piccole molecole, soprattutto in aree terapeutiche come il morbo di Crohn, la colite ulcerosa, il morbo di Parkinson, l'epatite C o la leucemia. Aree importanti come l'oncologia, l'immunologia, la neurologia e le malattie infettive virologiche e batteriologiche rimangono in primo piano.

Perché questa circostanza è ora a nostro vantaggio.

Le più grandi aziende farmaceutiche possono ora attingere da un enorme portafoglio di piccole molecole per iniziare le applicazioni di test iniziali nei pazienti affetti da SARS-CoV-2.
Quattro potenziali candidati antivirali sono stati dichiarati favoriti.
La lista breve include diversi "farmaci riproposti" che sono già stati testati negli esseri umani e hanno tutti superato i test preclinici e clinici. Il farmaco più avanzato è probabilmente 1) Remdesivir di Gilead.^[11] Questo è un analogo nucleosidico che è stato sviluppato per l'uso contro le infezioni da Ebola grazie alle sue proprietà antivirali (Figura 3).

Altri candidati sono 2) favipiravir e 3) clorochina (Figura 4).^[12][13]

Favipiravir, T-705, è un agente virostatico usato contro le infezioni da vari virus RNA. Appartiene al gruppo delle carbossammidi di pirazina ed è stato usato durante l'epidemia di febbre Ebola. La clorochina, un derivato della chinolina, è usata come farmaco per la terapia della malaria, ma anche per alcune malattie reumatiche infiammatorie, tra cui il Lupus Erytematosus sistemico (SLE).^[14][15]

Il quarto farmaco attualmente in esame è l'inibitore della proteasi riproposto Camostat.^[16] È approvato in Giappone come Foipan ed è usato per il trattamento orale della pancreatite cronica, pancreatite e infiammazione del dotto salivare (Figura 5).

Camostat è un derivato funzionalizzato dell'acido p-aminobenzoico. Camostat inibisce in vitro vari enzimi proteolitici pancreatici e l'attività idrolitica di C1r e C1 esterasi. Inoltre, inibisce il TMPRSS2 cellulare, una proteasi legata alla membrana necessaria al SARS-CoV-2 per entrare nella cellula.^[17]

Riassunto e prospettive.

Questa breve panoramica mostra quanto sia ancora importante la ricerca e lo sviluppo di piccole molecole potenti. Entrambi i gruppi, piccole molecole e biologici, hanno la loro ragion d'essere. Ognuno di loro ha molti vantaggi che l'altro gruppo di prodotti non può fornire, il che significa che le piccole molecole e i biologici spesso trovano applicazioni complementari. Il mondo non è bianco o nero in questo senso!

Sullo sfondo delle crescenti osservazioni di carenze di fornitura di farmaci urgenti di tipo piccola molecola e l'attuale opportunità di sviluppare nuovi farmaci o di produrre e testare "farmaci riproposti" contro la COVID-19, è auspicabile un contributo decisivo da parte dei produttori farmaceutici per riportare la produzione di farmaci in Europa.^[18]

La Germania e la Svizzera, in quanto "roccaforti" dell'industria chimico-farmaceutica, dovrebbero assumere un ruolo pionieristico e avviare questo passo. La ricerca continua sui principi attivi farmaceutici, che si tratti di piccole molecole, biosimilari, generici o altri biologici, è esistenziale e dovrebbe sempre rimanere accessibile e disponibile senza grandi dipendenze da altri partner non sempre prevedibili.

Riferimenti.

1. [1]a)B. Gosio et al, Giornale della Reale Accademia di Medicina di Torino 1893, 61, 484; b) B. Gosio et al, Archives Italiennes de Biologie 1893, 18, 253.
2. [2]B. Gosio et al, Rivista d'Igiene e Sanità Pubblica 1896, 7, 484.
3. [3]A.Flemming et al, Proceedings of the Royal Society of London. Serie B. 1922, 93, 306.
4. [4]https://www.rnd.de/gesundheit/corona-heute-aktuelle-zahlen-am-22042020-lander-infizierte-tote-genesungen-ZF7G5L2KOREUFDX5XF4HGGXDFI.html;Accesso 22 aprile 2020.
5. [5] Citazione: "Anticorpi monoclonali - una modalità terapeutica provata e in rapida espansione per le malattie umane". Protein Cell 2010, 1, 319-330. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%252Fs13238-010-0052-8.pdf; accesso 23 aprile 2020.
6. [6]Citazione: "Farmaci inibitori delle chinasi oncologiche a piccola molecola approvati e sperimentali: una panoramica a metà 2016. Medicinal Research Reviews, 2017 - Wiley Online Library. http://eprints.nottingham.ac.uk/37903/1/Fischer_PM_Med_Res_Rev_2016_ePrint.pdf; accesso 23 aprile 2020.
7. [7]a)A. Lilian et al, Synthetic Communications 1997, 27, 4373;
   b) M. E. Pierce et al, Journal of Organic Chemistry, 1998, 63, 8536.
8. [8]S.Ghosh et al, Beilstein Journal of Organic Chemistry 2010, 6, 27.
9. [9]https://dcatvci.org/5001-new-drug-approvals-reached-21-year-high-in-2017;
   Accesso 22 aprile 2020.
10. [10]https://www.iqvia.com/-/media/iqvia/pdfs/nemea/uk/disruption_and_maturity_the_next_phase_of_biologics.pdf;Accesso 22 aprile 2020.
11. [11]a)T. K. Warren et al, Nature 2016, 531, 381; b) M. K. Lo et al, Scientific Reports 2017, 7, 43395;
    (c) E. De Clercq et al, Chemistry, An Asian Journal 2019, 14, 3962; d) E. P. Tchesnokov, Viruses 2019, 11, 326; e) M. Wang, Cell Research 2020, 30, 269.
12. [12]a)Y. Furuta et al, Antiviral Research 2009, 82, 95; b) T. Baranovich et al, Journal of Virology 2013, 87, 3741; c) F. Shi et al, Drug Discoveries and Therapeutics 2014, 8, 117.
13. [13]a)J. Gao et al, BioScience Trends 2020, doi:10.5582/bst.2020.01047; b) C. Jun et al, Journal of Zhejiang University Medical Sciences 2020, doi:10.3785/j.issn.1008-9292.2020.03.03; c) P. Gautret et al, International Journal of Antimicrobial Agents 2020, doi:10.1016/j.ijantimicag.2020.105949.
14. [14]Citazione: "Prove cliniche e azioni immunologiche". J. Autoimmun. 2016, 74, 73. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5079835/pdf/nihms800707.pdf; consultato il 1° maggio 2020.
15. [15]Citazione: "Perspective Piece Malaria Elimination: Time to Target All Species". Am. J. Trop. Med. Hyg. 2018, 99, 17. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6035869/pdf/tpmd170869.pdf;
    Accesso al 1° maggio 2020.
16. [16]S.Fujii et al, Biochimica et Biophysica Acta- Enzymology 1981, 661, 342.
17. [17]Hoffmann et al, "L'ingresso delle cellule di SARS-CoV-2 dipende da ACE2 e TMPRSS2 ed è bloccato da un inibitore di proteasi clinicamente provato". Cell 2020, https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.052, https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30229-4; accesso 22 marzo.2020.
18. [18]R.D. Hess et al, "Drug shortages - A Critical Appraisal: The generics supply chain from the perspective of the German pharmaceutical generic drug industry". RAPS Regulatory Focus, manoscritto presentato il 28 aprile 2020.