Biotecnologie e
farmaci
Sviluppi della biotecnologia in
ambito farmaceutico
ALCUNI CENNI TEORICI
SULLE
BIOTECNOLOGIE…
"La biotecnologia è l'applicazione tecnologica
che si serve dei sistemi biologici, degli
organismi viventi o di derivati di questi per
produrre o modificare prodotti o processi per un
fine specifico".
La biotecnologia può essere anche definita
come la manipolazione di organismi al fine di
ottenere soluzioni pratiche o prodotti utili.
(Convenzione sulla Diversità Biologica UN)
…E SUI FARMACI…
La farmacologia (dal greco Pharmakon, veleno,
farmaco e logos, discorso) è la scienza che si
dedica allo studio di come le sostanze chimiche
interagiscono con gli organismi viventi.
Quando la sostanza ha proprietà medicinali
viene chiamata farmaco.
SETTORI DI
APPLICAZIONE DELLA
BIOTECNOLOGIA
White biotechnology→ settore industriale;
Green biotechnology → settore applicato ai
processi agricoli;
Blue biotechnology → applicazioni marine
ed acquatiche;
OGGI CI OCCUPEREMO DI…
Red biotechnology (biotecnologia rossa)
É il settore applicato ai processi biomedici e
farmaceutici. Alcuni esempi sono
l'individuazione di organismi in grado di
sintetizzare farmaci o antibiotici, oppure lo
sviluppo di tecnologie di ingegneria genetica per
la cura di patologie.
QUALI SONO LE APPLICAZIONI
DELLE BIOTECNOLOGIE IN
MEDICINA ?
Le biotecnologie applicate in medicina servono
ad esempio per:
fabbricare medicine quali l'insulina che serve
per curare le persone affette da diabete,
l'ormone della crescita o somatotropina che
serve per curare alcune forme di nanismo;
produrre gli interferoni che servono per
combattere virus, per far regredire tumori
produrre gli antibiotici su scala industriale per
difenderci dai batteri
produrre vaccini per esempio per difenderci
dal virus dell'epatite B;
QUALI SONO I RISCHI
DELLE BIOTECNOLOGIE?
Sono annoverati fra i possibili rischi delle
biotecnologie:
allergie negli adulti e nei bambini
contaminazione di altri organismi o
apparizione di nuovi virus, ibridazioni
incontrollate in natura
Ed ora…
Alcune applicazioni
delle biotecnologie per la
produzione di farmaci…
Iniziamo con…
Il
Diabete
Cos’è il Diabete???
Il diabete è una
malattia metabolica
che colpisce circa il
2% della popolazione
in Italia.
E’ caratterizzato da
un aumento di
glucosio nel sangue
causato
dall’insufficienza di
insulina.
Esistono due diversi
tipi di diabete…
Diabete di tipo 1:
Si manifesta in
soggetti giovani; si
cura con la
somministrazione di
insulina a dosi
calibrate.
Diabete di tipo 2 o mellito:
Si manifesta con l’età, e
non causa insulinodipendenza;
è curabile con la
somministrazione di
farmaci e una dieta
equilibrata.
L’insulina…
L'insulina è un
ormone proteico
prodotto nelle isole
di Langerhans
all'interno del
pancreas.
Struttura dell’insulina:
rosso:carbonio, verde:ossigeno;
blu:azoto; rosa:zolfo
Inizialmente
l’insulina veniva
estratta dal
pancreas del
maiale;
Ora viene
prodotta
interamente in
organismi
eterologhi grazie
alla tecnica del…
Confronto tra due molecole di insulina:
di maiale (a sinistra) ed umana (a destra).
http://www.progettodiabete.org/teca/filmati_conoscere_il_diabete.html
Come viene prodotta l’insulina
artificialmente???
Plasmide E.Coli
E. Coli
Gene LacZ
metionina
Cellula di E.Coli
Insulina
Quali sono le
prospettive
per il
futuro?
Sono in corso
delle ricerche
per estrarre
farmaci e
vaccini contro il
diabete dalle
piante…
i cosiddetti
“farmaci verdi”!
• Nel novembre del
2006 è stata
scoperta una biocapsula, che
somministrata al
paziente rilascia
gradualmente
piccole quantità di
insulina…
A breve la
sperimentazione di
una capsula per
l’utilizzo a lungo
termine…
• Altre ricerche hanno
invece portato gli
scienziati a
impiantare cellule
staminali all’interno
del pancreas per i
malati di diabete 1,
ottenendo risultati
soddisfacenti…
Ma questa è un’altra
storia………………
Un’altra applicazione delle
biotecnologie riguarda…
ORMONE DELLA CRESCITA o GH o
SOMATOTROPINA
E' una proteina semplice formata dalla
sequenza di 191 amminoacidi. Venne scoperto
nel 1920. Questo ormone si poteva ricavare solo
da cervelli di cadaveri, per ricavarne poche
gocce ne occorrevano migliaia. E' un ormone
prodotto dalla ghiandola pituitaria (ipofisi) su
stimolazione del growth hormone-releasing
factor o GHRF, sostanza prodotta dall'ipotalamo.
Lo stimolo essenziale per la liberazione del
GHRF è l'ipoglicemia (per questo il GH viene
prodotto specialmente di notte).
Il suo più importante effetto fisiologico è
quello di favorire lo sviluppo somatico
(sviluppo del corpo): è la sostanza
responsabile dell'accrescimento e la
sua carenza provoca ritardi nello
sviluppo e nanismo.
L'ormone della crescita viene da lungo
tempo utilizzato per conclamati casi
clinici (per esempio, bambini che non
riescono a raggiungere una statura
media (neppure alla soglia minima).
Il dna che codifica
per l’ormone della
crescita viene inserito
in un batterio
La sequenza segnale
codifica per la produzione
dell’ormone
Ormone della crescita
ricombinato e identico
a quello umano
Utilizzo delle biotecnologie per….
L’interferone beta…
Citochina infiammatoria
Guaina mielinica
Interferone
beta
Cellule immunitarie
Citochina anti-infiammatoria
Filmato interferone
beta
La
Leucemia
Cos’è la leucemia??
La leucemia è un grave tumore, una
malattia neoplastica dei progenitori delle
cellule del sangue che provoca un enorme
aumento dei globuli bianchi (leucociti).
Il termine leucemia (dal greco
leukos:bianco e emia:emico, riferito al
sangue)significa propriamente sangue
bianco e deriva dal colore più bianco del
normale conferito al sangue dei leucemici.
I LEUCOCITI
I leucociti adulti circolanti nel sangue, in
realtà, sono costituiti da molte
sottofamiglie:
linfociti T e linfociti B;
leucociti neutrofili;
leucociti eosinofili;
Granulociti
leucociti basofili;
monociti.
I linfociti derivano da un progenitore
comune linfoide;
I granulociti e i monociti condividono un
precursore mieloide;
… per questo, in base al sottotipo di
popolazione che ha subito la
degenerazione maligna, le leucemie si
suddividono in:
LINFOCITICHE e MIELOIDI
…inoltre, dal punto di
vista clinico possono
essere divise in:
ACUTE:
CRONICHE:
hanno prognosi
severa e decorso
molto rapido.
decorrono più
lentamente e
sono meglio
controllabili con i
farmaci.
La leucemia MIELOIDE
CRONICA (LMC)
Questa malattia è caratterizzata dalla
presenza del cromosoma Philadelphia
(Ph) che rappresenta l’anomalia genetica
specifica della LMC.
Il cromosoma Philadelphia è il risultato di
uno scambio (o traslocazione) di DNA tra i
cromosomi 9 e 22 che da luogo a un
cromosoma 22 più corto.
Rappresentazione
schematica del cromosoma
Philadelphia (Ph)
Cromosoma
Cromosoma
9
9+
Cromosoma
Cromosoma
22
Ph
bcr
Bcr-Abl
abl
Proteina di fusione
con elevata attività
tirosina-chinasica
Proteina Bcr-Abl
In seguito alla traslocazione, si produce una
proteina anomala definita Bcr-Abl, che
implica conseguenze disastrose per le
cellule del midollo osseo, in particolare la
proliferazione incontrollata di globuli
bianchi.
Progressione della
leucemia mieloide cronica
Anno
1
N
N
2
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
Ph+
Ph+
N
Ph+
Ph+
Ph+
N
Ph+
N = cellule normali
Ph+
N
N
4
N
N
N
N
N
N
3
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
5
N
Ph+
N
N
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+ Ph+
Ph+
N
Ph+
Ph+
Ph+
N
N
N
Ph+ Ph+
N
N
Ph+
Ph+
Ph+
N
N
N
N
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
N
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
N
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+ Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
Ph+
N
N
N
Ph+
I principali fattori di
rischio
Nonostante gli enormi progressi nel trattamento
delle leucemie, la causa della malattia e le
modalità di prevenzione sono ancora
sconosciute. I ricercatori ritengono che la
malattia sia legata ad una complessa interazione
di fattori genetici individuali e biochimici con la
possibile partecipazione di agenti virali. Si
tratterebbe cioè di modificazioni nella struttura
dei geni, localizzati nei cromosomi all’interno di
ogni cellula, che determinano una crescita
incontrollata dei globuli bianchi.
Ecco i principali fattori
considerati responsabili:
Fattori ereditari;
Anomalie congenite;
Raggi X;
Virus;
Irritanti chimici.
LA CURA
Ancora oggi la soluzione, per poter parlare di
guarigione nella leucemia mieloide cronica, è il
trapianto allogenico di midollo.
Quando il trapianto non è possibile, oppure è
sconsigliabile, per i rischi eccessivi che
comporta, si fa ricorso ad altre terapie
convenzionali.
Non si deve dimenticare che sono continuamente
allo studio nuove forme di terapia per la cura
della leucemia mieloide cronica. In particolare
sono già ultimati gli studi per un farmaco molto
attivo.
GLIVEC (imatinib mesilato)
Inibitore selettivo di Bcr-Abl
Un approccio rivoluzionario
in terapia oncologica (target therapy):
per la prima volta un farmaco che riconosce
ed elimina
solo le cellule portatrici dell’anomalia
molecolare
Struttura chimica del
Glivec
H
•
N
N
N
N
H
•
N
N
N
O • CH3SO3H
C29H31N7O•CH4SO3
Meccanismo d’azione
del Glivec
Glivec
Traslocazione 9;22
Proteina di fusione Bcr-Abl
Proteina di fusione Bcr-Abl
LMC
Ematopoiesi normale
E’ stato scoperto, però, che la
maggior parte dei pazienti con
leucemia mieloide cronica in stato
avanzato sviluppa di solito una
resistenza al Glivec nel giro di pochi
anni dall’inizio della terapia.
Da allora gli scienziati hanno cercato
nuovi modi per impedire la resistenza
al Glivec.
SKI-606
Il farmaco SKI-606 blocca la proteina Bcr/Abl con
una potenza di 50-100 volte maggiore rispetto a
imatinib (Glivec), inoltre SKI-606 risulta attivo
contro quasi tutte le cellule resistenti a imatinib
che sono state studiate, sia in vitro su cellule
isolate, sia in vivo in animali leucemici.
Il segreto di questa attività così superiore risiede
nella capacità di SKI-606 di legare una regione
di Bcr/Abl diversa da quella legata da imatinib,
costituendo così anche una potenziale terapia di
combinazione con esso.
La leucemia
LINFATICA ACUTA
E’ la forma più frequente nei bambini e solitamente
insorge nella fascia d’età compresa fra i 3 e i 10
anni.
E’ stata studiata una molecola, la CLOFARABINA,
che ha il potere di allungare di circa 67
settimane la sopravvivenza dei piccoli pazienti
impedendo la sintesi del DNA nelle cellule
tumorali e facendo morire le cellule linfatiche e
quelle delle ricadute. Ciò incrementa la
possibilità di un trapianto del midollo.
Allergie e
vaccini
TIPOLOGIE DI CURA…
Metodi tradizionali:
Antistaminici;
Immunoterapia Specifica (ITS).
Metodi che utilizzano il DNA ricombinante:
Terapia Genica;
OGM
ANTISTAMINICI…
UNA VERA CURA?!
Gli Antistaminici NON curano l’Allergia!!
Infatti servono solo per attenuarne i sintomi
ed evitare l’eventuale shock anafilattico.
IL PUNTO DELLA SITUAZIONE
SULL’AZIONE DEGLI ANTISTAMINICI
In un individuo allergico abbiamo:
Contatto con l’allergene liberazione di istamina
I ricettori dell’istamina presenti nell’organismo
sono di tre tipi: H1, H2 e H3
Gli antistaminici contrastano i ricettori istaminici
H3 che tentano di proteggerci dalla sostanza che è
riconosciuta estranea.
I ricettori H3 non trasmettono l’informazione di
costruzione alle parti dell’organismo addette alla
secrezione di istamina
UN TENTATIVO DI CURA: L’ITS
L’Immunoterapia Specifica consiste nel fornire al
paziente dosi sempre maggiori dell’allergene a
cui è intollerante con lo scopo di ridimensionare
gli effetti della reazione del suo sistema
immunitario. In questo modo i sintomi dell’allergia
diminuiscono perché l’organismo comincia
lentamente a riconoscere la sostanza in
questione.
LA TERAPIA GENICA: UNA CURA
Come già visto, la terapia genica
consiste nel utilizzo di vettori
(come virus e retrovirus)
finalizzato a somministrare al
paziente una copia funzionante
del gene difettoso o non adatto.
Può essere fatta in ex-vivo e invivo e utilizzata come cura di
malattie del sistema immunitario
(come le allergie) o di malattie
infettive, tumorali ed ereditarie.
I NUOVI VACCINI: GLI OGM
Produzione delle proteine utili all’uomo in altri
organismi come: batteri, lieviti, cellule di
insetto e di mammifero. Questo può avvenire
inserendo nel loro corredo genetico la
codifica per la proteina in questione (DNA
ricombinante).
Questa applicazione degli OGM potrebbe
portare alla creazione di vaccini contro la
gran parte delle malattie del corpo umano e
non solo (per esempio la dipendenza da
fumo)
IL MECCANISMO DEL
DNA RICOMBINANTE
METODI TRADIZIONALI
PRO:
Antistaminici: bloccano momentaneamente gli effetti
dell’allergia bloccando addirittura lo shock anafilattico.
ITS: provoca un cambiamento al sistema immunitario
senza agire sul DNA e permette di avere più possibilità
di vivere a persone con un’allergia mortale (punture api).
CONTRO:
Antistaminici: il loro effetto è solamente momentaneo.
ITS: Se le dosi risultassero sbagliate si potrebbe arrivare
allo shock anafilattico durante la cura; consiste solo in
un’attenuazione delle conseguenze dell’allergia, quindi
di fatto l’allergia rimane.
METODI INNOVATIVI
PRO:
Terapia Genica: se riesce, dà una immunità totale e
continua alla malattia per cui viene adoperata.
OGM: possono fornire al corpo le proteine necessarie
alla cura dalla malattia modificare il corredo genetico.
CONTRO:
Terapia Genica: c’è la possibilità di arrivare ad una
modificazione del corredo genetico umano; non è una
tecnica precisissima; problemi etici.
OGM: dal fatto che il DNA non sia presente sempre nel
corredo genetico deriva che per contrastare la malattia
bisogna assumere più volte le proteine necessarie.
Gloria Busatto
Nicola Rizzato
Giorgia Signoretto
