Preparazione e sviluppo di farmaci con metodi biotecnologici
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
Il principale obiettivo formativo di questo corso integrato è quello di far comprendere allo studente le enormi potenzialità dei metodi biotecnologici sia nella produzione di farmaci che nell'ottimizzazione di molecole già esistenti e quindi nello sviluppo di nuovi farmaci. Un ulteriore obiettivo del corso è sviluppare le capacità critiche dello studente in relazione alle problematiche farmacocinetiche che possono limitare l'efficacia di un farmaco biotecnologico; a tale proposito vengono analizzate e discusse le possibili modifiche di natura chimica o biotecnologica utili ad ottimizzare il profilo farmacocinetico. Il corso tratta due principali classi di farmaci biotecnologici: le proteine ricombinanti e i prodotti di origine naturale e loro derivati, ottenuti mediante metodi biotecnologici. Le diverse classi di farmaci vengono trattate partendo dai cenni storici sulla loro origine, attraverso lo studio delle relazioni struttura-attività fino ad arrivare allo sviluppo di nuovi derivati caratterizzati da un migliore profilo farmacologico, includendo anche alcuni farmaci attualmente in fase di sperimentazione clinica. In parallelo, sono analizzate le strategie, basate su metodologie innovative di biotecnologia industriale e di biocatalisi, per la produzione su scala industriale di composti naturali biologicamente attivi (tradizionalmente ottenuti da fonti naturali mediante processi convenzionali di fermentazione e/o estrazione) o di nuovi derivati caratterizzati da un migliore profilo farmacologico.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso gli studenti dovranno conoscere le caratteristiche strutturali salienti delle diverse classi di farmaci studiate e dovranno essere in grado di discutere criticamente le relazioni tra struttura e attività biologica. In particolare, per i diversi farmaci studiati, gli studenti dovranno saper identificare il farmacoforo essenziale e discutere le possibili modifiche utili ad ottimizzare le proprietà farmacocinetiche e farmacodinamiche. Gli studenti dovranno essere in grado di proporre un metodo biotecnologico utile alla preparazione del composto in oggetto così come i metodi più idonei per effettuare modifiche strutturali mirate all'ottimizzazione dell'attività biologica.
Gli studenti, infine, dovranno essere in grado di comprendere correttamente i quesiti in fase di verifica dell'apprendimento e saper scegliere, elaborare e collegare in maniera logica le conoscenze acquisite nel corso integrato.
Gli studenti, infine, dovranno essere in grado di comprendere correttamente i quesiti in fase di verifica dell'apprendimento e saper scegliere, elaborare e collegare in maniera logica le conoscenze acquisite nel corso integrato.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Il corso tratta due principali classi di farmaci biotecnologici: le proteine ricombinanti, e i farmaci di origine naturale e loro derivati, prodotti sfruttando metodi biotecnologici.
In dettaglio, saranno affrontate le seguenti tematiche:
1) Farmaci di origine naturale e loro derivati prodotti sfruttando metodi biotecnologici
- Metabolismo secondario, vie biosintetiche (lantapeptidi, peptidi non ribosomiali, polichetidi aromatici e complessi), cluster genici, regolazione, strain improvement (mutagenesi e ingegneria metabolica), processo fermentativo e recovery del prodotto
- Cenni storici sulla scoperta del farmaco, studio delle relazioni struttura-attività e modifiche strutturali per l'ottimizzazione del profilo farmacologico.
- Combinazione di approcci biotecnologici e chimici per la generazione di nuovi farmaci analoghi di prodotti naturali. Definizione ed esempi di: semisintesi, biosintesi diretta da precursore, mutasintesi.
- Metodi biocatalitici per la semisintesi o la modifica strutturale di prodotti di origine naturale: importanza in campo farmaceutico, tecniche di biocatalisi, ingegneria proteica, immobilizzazione.
- Metodi di bioconiugazione per il miglioramento del profilo farmacocinetico di piccole molecole.
Classi di farmaci studiate: antibiotici beta lattamici, antracicline, statine, tassoidi, artemisinina
2) Proteine ricombinanti e farmaci di natura peptidica
- Cellule microbiche per la produzione di proteine ricombinanti: scelta dell'host; strategie per il miglioramento della produttività e dell'efficienza di secrezione; sistemi di espressione batterici (E. coli); sistemi di espressione in eucarioti (lieviti e funghi filamentosi)
- Insulina e insuline modificate a breve e lunga durata d'azione; il recettore dell'insulina: studio delle interazioni ligando-recettore e scoperta di piccole molecole insulino-mimetiche. Farmaci che agiscono sul sistema incretinico (analoghi di GLP-1 e inibitori di DPP-4).
- Ormone della crescita; il recettore GH: interazioni ligando-recettore; analoghi di GHRH; sostanze attive su GHSR (ghrelina e peptidi GHRP); progettazione di antagonisti di GH (Pegvisomant); altri approcci per il trattamento dell'acromegalia: analoghi della somatostatina.
- Citochine: IL-2 ricombinante; Denileukin diftitox; Antagonista di IL-1 ricombinante; Interferoni, Peg-interferoni e Albuferone.
- Esempi di produzione industriale di proteine eterologhe.
- Problematiche farmacocinetiche associate a farmaci di natura peptidica e strategie per il rilascio controllato e prolungato.
In dettaglio, saranno affrontate le seguenti tematiche:
1) Farmaci di origine naturale e loro derivati prodotti sfruttando metodi biotecnologici
- Metabolismo secondario, vie biosintetiche (lantapeptidi, peptidi non ribosomiali, polichetidi aromatici e complessi), cluster genici, regolazione, strain improvement (mutagenesi e ingegneria metabolica), processo fermentativo e recovery del prodotto
- Cenni storici sulla scoperta del farmaco, studio delle relazioni struttura-attività e modifiche strutturali per l'ottimizzazione del profilo farmacologico.
- Combinazione di approcci biotecnologici e chimici per la generazione di nuovi farmaci analoghi di prodotti naturali. Definizione ed esempi di: semisintesi, biosintesi diretta da precursore, mutasintesi.
- Metodi biocatalitici per la semisintesi o la modifica strutturale di prodotti di origine naturale: importanza in campo farmaceutico, tecniche di biocatalisi, ingegneria proteica, immobilizzazione.
- Metodi di bioconiugazione per il miglioramento del profilo farmacocinetico di piccole molecole.
Classi di farmaci studiate: antibiotici beta lattamici, antracicline, statine, tassoidi, artemisinina
2) Proteine ricombinanti e farmaci di natura peptidica
- Cellule microbiche per la produzione di proteine ricombinanti: scelta dell'host; strategie per il miglioramento della produttività e dell'efficienza di secrezione; sistemi di espressione batterici (E. coli); sistemi di espressione in eucarioti (lieviti e funghi filamentosi)
- Insulina e insuline modificate a breve e lunga durata d'azione; il recettore dell'insulina: studio delle interazioni ligando-recettore e scoperta di piccole molecole insulino-mimetiche. Farmaci che agiscono sul sistema incretinico (analoghi di GLP-1 e inibitori di DPP-4).
- Ormone della crescita; il recettore GH: interazioni ligando-recettore; analoghi di GHRH; sostanze attive su GHSR (ghrelina e peptidi GHRP); progettazione di antagonisti di GH (Pegvisomant); altri approcci per il trattamento dell'acromegalia: analoghi della somatostatina.
- Citochine: IL-2 ricombinante; Denileukin diftitox; Antagonista di IL-1 ricombinante; Interferoni, Peg-interferoni e Albuferone.
- Esempi di produzione industriale di proteine eterologhe.
- Problematiche farmacocinetiche associate a farmaci di natura peptidica e strategie per il rilascio controllato e prolungato.
Prerequisiti
- Conoscenza di nozioni di base di chimica farmaceutica con particolare riferimento agli aspetti di carattere generale: bersagli dei farmaci, farmacodinamica e farmacocinetica. Per gli studenti che non hanno familiarità con la Chimica farmaceutica si consiglia lo studio autonomo del libro di testo: Graham L. Patrick CHIMICA FARMACEUTICA, Edizione integrata a cura di Gabriele Costantino, EdiSES, parti A, B e C.
- Conoscenze di base di Microbiologia e Biotecnologia delle fermentazioni con particolare riferimento al metabolismo microbico e alle tecniche di fermentazione. Per gli studenti che non hanno familiarità con tali argomenti si consiglia di contattare il docente che fornirà allo studente il materiale di studio appropriato.
- Conoscenze di base di Microbiologia e Biotecnologia delle fermentazioni con particolare riferimento al metabolismo microbico e alle tecniche di fermentazione. Per gli studenti che non hanno familiarità con tali argomenti si consiglia di contattare il docente che fornirà allo studente il materiale di studio appropriato.
Metodi didattici
Il corso prevede lezioni frontali. I due docenti del corso si alterneranno al fine di trattare in modo integrato le diverse tematiche affrontate.
Materiale di riferimento
-Le presentazioni power point utilizzate durante le lezioni del corso, in formato pdf, sono disponibili sulla piattaforma Ariel
- Eventuale materiale didattico aggiuntivo potrà essere suggerito dai docenti durante le lezioni e reso disponibile mediante piattaforma Ariel.
-Libri di testo consigliati:
1. G. L. Patrick: Chimica Farmaceutica Ed. EdiSES- Napoli (2015).
2. S. Donadio, G. Marino: Biotecnologie Microbiche - Casa Editrice Ambrosiana
3. Maria Luisa Calabrò COMPENDIO DI BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE Ed. EdiSES
- Eventuale materiale didattico aggiuntivo potrà essere suggerito dai docenti durante le lezioni e reso disponibile mediante piattaforma Ariel.
-Libri di testo consigliati:
1. G. L. Patrick: Chimica Farmaceutica Ed. EdiSES- Napoli (2015).
2. S. Donadio, G. Marino: Biotecnologie Microbiche - Casa Editrice Ambrosiana
3. Maria Luisa Calabrò COMPENDIO DI BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE Ed. EdiSES
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La prova d'esame, della durata di 2 ore, consiste in una prova scritta che prevede 4 domande a risposta aperta inerenti gli argomenti trattati nel corso integrato. Al fine del superamento dell'esame lo studente deve rispondere a tutte le domande dimostrando un livello di preparazione sufficiente. La valutazione verrà effettuata considerando la capacità dello studente di comprendere correttamente i quesiti e di scegliere, elaborare e collegare le conoscenze acquisite durante il corso, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato. Il voto è espresso in trentesimi.
Moduli o unità didattiche
Preparazione di farmaci con metodi biotecnologici
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
Lezioni: 32 ore
Docente:
Gandolfi Raffaella
Sviluppo di farmaci con metodi biotecnologici
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
Lezioni: 40 ore
Docente:
Conti Paola
Docente/i
Ricevimento:
TUTTI I GIORNI PREVIO APPUNTAMENTO
Via Mangiagalli 25 - 2° piano
Ricevimento:
Previo appuntamento
Ufficio 4021 Via Golgi 19 Ingresso 1C 4° piano