La sperimentazione clinica: attori e risorse coinvolti Fasi della sperimentazione farmacologica preclinica

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1 Empoli, 17 Dicembre 2009 La sperimentazione clinica: attori e risorse coinvolti Fasi della sperimentazione farmacologica preclinica Dr.ssa Silvia Benemei Dipartimento di Farmacologia Preclinica e Clinica Università di Firenze

2 FASI NELLO SVILUPPO DI NUOVI FARMACI Studi Preclinici Ricercatori e Scopi della Ricerca Sintesi di Nuovi Composti Chimici Test in vitro e in Animali. Scelta del farmaco Formulazione, Sintesi in Larga Scala, Sicurezza negli Animali Sottomissione dei Dati alla FDA Studi Clinici Il Farmaco È Commercializzato Esame della FDA NDA (New Drug Application) Fase III: Trial Clinici su Molti Pazienti Fase II: Studi su Pazienti (Efficacia) Fase I: Studi su Soggetti Sani (Tolleranza) Lombardino and Lowe, 2004

3 OBIETTIVI DELLA RICERCA PRECLINICA: Individuazione di una molecola dotata di attività farmacologica Valutazione delle caratteristiche (stabilità, durata d azione) Individuazione della formulazione per una o più vie di somministrazione Valutazione della sicurezza

4 COME SI INIZIA? Individuazione di una molecola dotata di attività farmacologica 1. IL CASO SERENDIPITY Scoprire una cosa non cercata, ed imprevista mentre se ne sta cercando un altra. La serendipity è cercare un ago in un pagliaio e trovarci la figlia del contadino Julius H. Comroe Nel luglio del 1928 Alexander Fleming studiò una coltura di staphilococcus aureus scoprendo la Penicillina

5 FINALITA DELLO STUDIO PRECLINICO: Accertare Efficacia Tollerabilità Effetti tossici di un nuovo composto

6 INDAGINE PRECLINICA: Indispensabile prima di procede alla sperimentazione sull uomo Va eseguita attenendosi a norme speciali emanate dalle istituzioni pubbliche Prevede l impiego degli animali per la sperimentazione dei farmaci

7 SPERIMENTAZIONE PRECLINICA: Durata media 2-3 anni Consente di isolare dalle migliaia di sostanze sottoposte al primo screening di base farmacologico e biochimico, composti Nel corso della sperimentazione preclinica vengono identificate le strutture chimiche correlate ad una certa azione farmacologica: IL NUMERO DELLE SOSTANZE ESAMINATE DIMINUISCE ULTERIORMENTE

8 PROCESSO DI SCOPERTA E SVILUPPO DI NUOVI FARMACI ricerca di base Sviluppo preclinico

9 MODELLI SPERIMENTALI PER DEFINIRE PROFILO FARMACOLOGICO DI UN COMPOSTO IN VITRO e EX VIVO LIVELLO MOLECOLARE: Legame recettoriale Attività enzimatica Biotrasformazione IN VIVO MODELLI ANIMALI: Animali sani (topo, ratto,cane, gatto, coniglio, cavia, maiale) Animali che riproducono la malattia LIVELLO CELLULARE: Colture cellulari Organi isolati (vasi cuore polmoni ileo utero etc.)

10 RUOLO DEI MODELLI CELLULARI NELLO SVILUPPO PRECLINICO DI UN FARMACO STUDI IN VITRO Colture cellulari primarie derivanti da tessuti animali (Neuroni, epatociti, linfociti, macrofagi, cardiomiociti, oociti, cellule renali) Cellule transfettate con proteine bersaglio dell azione dei farmaci (HEK 293, CHO transfettate con specifici recettori, canali ionici, trasportatori ionici, pompe ioniche, enzimi) Cellule umane neoplastiche (linfomi, tumori del colon, polmone)

11 RUOLO DEI MODELLI ANIMALI NELLO SVILUPPO PRECLINICO DI UN FARMACO ANIMALI TRANSGENICI ANIMALI KNOCKOUT STUDI IN VIVO ANIMALI GENETICAMENTE SELEZIONATI PER UNA PATOLOGIA ANIMALI SOTTOPOSTI A TRATTAMENTI CHE RIPRODUCONO LA MALATTIA

12 STUDI PRECLINICI FASE I STUDI DI FARMACODINAMICA STUDI DI TOSSICITA ACUTA STUDI DELLA STABILITA CHIMICA DI UNA MOLECOLA FASE II STUDI DI FARMACOCINETICA STUDI DI TOSSICITA SUBACUTA E CRONICA STUDI TOSSICOLOGICI SULLA RIPRODUZIONE, CANCEROGENICITA e MUTAGENESI

13 FASE I

14 STUDI DI FARMACODINAMICA Obiettivi: Determinazione dell effetto principale Determinazione degli effetti collaterali Determinazione della durata dell effetto farmacologico Studi in vivo e in vitro per ottenere dati quantitativi (curve dose/effetto o tempo/effetto) I risultati rappresentano il profilo di attività farmacologica della sostanza anche su organi e sistemi non direttamente interessati all azione primaria ma potenzialmente bersaglio di effetti collaterali

15 PROVE FAMACOLOGICHE (1) In Vivo SNC (interferenze sulla t corporea, risposta a stimoli sensori) ATTIVITA MOTORIA (attività locomotoria e coordinazione motoria) APPARATO CARDIOVASCOLARE Pressione arteriosa Frequenza cardiaca Risposte vasomotorie Prove di tollerabilità cardiovascolare per varie vie di somministrazione APPARATO RESPIRATORIO (frequenza,volume corrente, resistenze bronchiali, gas ematici) APPARATO GASTRO-INTESTINALE (transito intestinale, potere ulcerogeno, secrezione gastrica, motilità gastrica) SISTEMA IMMUNITARIO (effetti immunosoppressivi)

16 PROVE FAMACOLOGICHE (2) In Vitro e Ex Vivo SISTEMA CARDIOVASCOLARE (Cuore isolato Vasi isolati) SANGUE (emolisi in vitro, coagulazione) FUNZIONALITA (analisi delle urine) SNA e MUSCOLATURA LISCIA (intestino, bronchi, utero ileo isolato, vasi deferenti isolati, trachea isolata) SISTEMA RIPRODUTTIVO (utero isolato, motilità uterina in situ)

17 STUDI DI TOSSICITA ACUTA DEFINIZIONE: Effetti collaterali insorgenti dopo breve tempo dall assunzione di una dose singola di sostanza o di più dosi assunte nell arco di 24 ore Somministrazione unica (acuta) del principio attivo su due o più specie di mammiferi Dosi somministrate: - Ci si riferisce a parametri già noti quando possibile - Se si tratta di una sostanza non nota o complessa si procede per tentativi Vie di somministrazione: due diverse vie di somministrazione una delle quali identica o simile a quella proposta nell uomo, mentre l altra deve garantire il completo assorbimento sistemico del farmaco.

18 STUDI DI TOSSICITA ACUTA Durata dello studio è circa 14 gg e comunque mai inferiore a 7 gg e può proseguire per tutto il tempo in cui persistono gli effetti tossici Il periodo di osservazione deve essere adeguato a mettere in luce i danni ai tessuti e agli organi, oppure il ritorno alla norma delle condizioni dell animale Ottenere dati su relazione: DOSE/EFFETTO e DOSE/MORTALITA per la valutazione quantitativa della DOSE LETALE (DL 50 ) Dose letale media (DL 50 ): quantità di farmaco, in unità di peso o volume per unità di peso corporeo (es mg/kg), che somministrata ad un gruppo di animali per una determinata via ed in definite condizioni sperimentali, produce la morte del 50% degli animali.

19 STUDI DI TOSSICITA ACUTA BATTERIE DI TEST UTILIZZATI: Tossicità orale Tossicità dermica Tossicità inalatoria Tossicità oculare DETERMINAZIONI: Segni clinici di tossicità Mortalità a determinati intervalli Esame autoptico degli animali deceduti e di quelli sacrificati Esame istopatologico degli organi

20 FASE II

21 STUDI DI FARMACOCINETICA assorbimento distribuzione (organotropismo) metabolismo (biotrasformazione) escrezione Strumenti: Animali in toto vivi (es. sostanze marcate) Finalità: Delineare strategia terapeutica mirata: esaltare l azione farmacologica/ridurre la tossicità

22 STUDI DI TOSSICITA SUBACUTA E CRONICA DEFINIZIONE: Effetti collaterali insorgenti dopo l assunzione di almeno 3 dosi della sostanza (SUBACUTA) o dopo somministrazioni ripetute (CRONICA)

23 STUDI DI TOSSICITA SUBACUTA E CRONICA Le prove di tossicità per somministrazioni ripetute (tossicità subacuta o a breve termine e tossicità cronica o a lungo termine) devono mettere in evidenza le soglie di tossicità, le alterazioni funzionali e/o anatomo-patologiche conseguenti alla somministrazione ripetuta del farmaco o dell associazione e stabilire le condizioni della comparsa di tali alterazioni in funzione della posologia. La valutazione degli effetti tossici viene effettuata in base al rilievo della mortalità, all esame del comportamento, dell accrescimento della crasi ematica e di prove funzionali a carico di diversi organi ( cuore, fegato, rene, milza etc.) nonché in base a reperti autoptici con relativi esami istologici.

24 TOSSICITA SUBACUTA Tossicità subacuta: durata compresa tra 30 e 90 gg. Non superiore al 10% della durata media della vita dell animale. Le sperimentazioni vengono effettuate: Somministrando 3 dosi a gruppi diversi di animali Utilizzando due specie di mammifero

25 TOSSICITA SUBACUTA I gruppi sperimentali saranno 3 (uno per ciascun livello di dose), cui va aggiunto il gruppo di controllo. La dose più elevata viene scelta in modo da far comparire effetti tossici d organo o mortalità in non più del 10% degli animali. La dose minore permette di fissare il margine di tolleranza del prodotto nell animale e va scelta in base alla capacità di ottenere l effetto farmacologico La dose intermedia è la media fra la dose maggiore e la minore. Si evitano dosi a cui corrisponde una mortalità superiore del 10%. Le dosi vanno opportunamente distanziate in modo da avere una gradualità negli effetti tossici

26 TOSSICITA SUBACUTA VIE DI SOMMINISTRAZIONE: Orale Inalatoria Dermica DETERMINAZIONI: Comportamento e stato di salute dell animale (Peso corporeo,consumo di cibo) Parametri ematologici, biochimici ed urinari Peso degli organi e valutazioni istopatologici

27 TOSSICITA CRONICA Durata dipendente dalle condizioni di applicazione clinica (da 3 a 12 mesi) Le dosi vengono stabilite in modo che: la dose maggiore dia segni di tossicità la dose minore sia ben tollerata e se possibile, sia da 2 a 10 volte superiore a quella giornaliera prevista per l uso terapeutico in clinica umana la dose intermedia sia la minima dose in grado di indurre il primo chiaro effetto tossico GLI STUDI DI TOSSICITA POSSONO CONTINUARE ANCHE DURANTE DELLA SPERIMENTAZIONE CLINICA

28 ESAME DELLA FUNZIONE RIPRODUTTIVA OBIETTIVI: - Mettere in rilievo le modifiche della fertilità o procreazione anomala dovuta a danni dei gameti maschili e o femminili - Interferenze con le fasi di impianto del feto e del suo sviluppo - Effetti tossici sull embrione - Effetti tossici sul feto

29 ESAME DELLA FUNZIONE RIPRODUTTIVA OBIETTIVI: - Mettere in rilievo le modifiche della fisiologia materna con conseguenti effetti tossici secondari sull embrione o sul feto - Effetti sulla crescita oppure sullo sviluppo dell utero o della placenta - Interferenze con il parto - Effetti sullo sviluppo postnatale - Effetti tardivi sulla discendenza

30 ESAME DELLA FUNZIONE RIPRODUTTIVA ANIMALI UTILIZZATI: Due specie animali MODALITA CON CUI VENGONO CONDOTTI GLI STUDI Somministrazione del composto a maschi e femmine prima dell accoppiamento durante la gravidanza e l allattamento Viene seguito lo sviluppo dei nuovi nati fino al loro nuovo accoppiamento per giungere ad una successiva generazione

31 STUDI DI CANCEROGENICITA SCELTA DELLE DOSI: - La dose massima deve esercitare almeno un effetto tossico oppure una tossicità minima a livello di organo bersaglio - La dose minima deve essere pari al doppio o al triplo della dose terapeutica massima per l uomo o della dose che produce un effetto farmacologico nell animale - La dose intermedia è la media tra la massima e la minima

32 FINALITA DEGLI STUDI FARMACOLOGICI e TOSSICOLOGICI Definire la dose massima che non induce alcun effetto diretto ed indiretto su organi e tessuti Definire la dose che induce effetti tossici ed il tipo di alterazioni indotte Definire la relazione tra dose terapeutica e dose tossica Individuare il bersaglio dell effetto tossico ( struttura cellulare, organo, sistema) sia del composto originale che dei suoi metaboliti Definire se gli effetti sono reversibili

33 LIMITI DELLE PROVE PRECLINICHE TEMPI E COSTI ANIMALI DATI DI TOSSICITA NON COMPLETAMENTE ATTENDIBILI EVENTI AVVERSI

34 DOCUMENTAZIONE SCOPO DELLA RICERCA E CONDIZIONI SPERIMENTALI RACCOLTA DI METODICHE STANDARD (SOP) RISULTATI E DETTAGLI DEGLI ESPERIMENTI

35 FASI NELLO SVILUPPO DI NUOVI FARMACI Studi Preclinici Ricercatori e Scopi della Ricerca Sintesi di Nuovi Composti Chimici Test in vitro e in Animali. Scelta del farmaco Formulazione, Sintesi in Larga Scala, Sicurezza negli Animali Sottomissione dei Dati alla FDA Studi Clinici Il Farmaco È Commercializzato Esame della FDA NDA (New Drug Application) Fase III: Trial Clinici su Molti Pazienti Fase II: Studi su Pazienti (Efficacia) Fase I: Studi su Soggetti Sani (Tolleranza) Lombardino and Lowe, 2004

36 La sperimentazione clinica: attori e risorse coinvolti Fasi della sperimentazione farmacologica clinica Dr.ssa Silvia Benemei Dipartimento di Farmacologia Preclinica e Clinica Università di Firenze

37 Le dimensioni dello sviluppo

38 Lo sviluppo di un farmaco

39 Tempi dello sviluppo clinico

40 Tempi dello sviluppo clinico Nature Drug Reviews, 2004

41 Costi dello sviluppo Nature Drug Reviews, 2004

42 Costi dello sviluppo Nature Drug Reviews, 2004

43 Critical Path Initiative (

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49 Report Studi Clinici Fase I Fase II Fase III Fase IV