Analisi e controllo di qualità dei farmaci biotecnologici

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
9
Crediti massimi
72
Ore totali
SSD
BIO/14 CHIM/06 CHIM/08
Lingua
Italiano

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
Moduli o unità didattiche
Modulo: Analisi e farmaco-dinamica di principi attivi biotecnologici
BIO/14 - FARMACOLOGIA - CFU: 0
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 0
Lezioni: 48 ore

Modulo: Metodi fisici in chimica bioorganica
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 3
Lezioni: 24 ore

STUDENTI FREQUENTANTI
Prerequisiti e modalità di esame
Le lezioni si svolgono nel I semestre. Il corso prevede 3 CFU per ciascun modulo.

Non sono previste verifiche in itinere.

L'esame consiste in una prova scritta ed una prova orale.

La prova scritta, della durata di due ore, verterà sul programma del modulo di Metodi Fisici in Chimica Bioorganica e si comporrà di due parti: una domanda di teoria ed un' interpretazione di spettri di una molecola organica a struttura nota.

La prova orale comune ai due moduli di Analisi e farmaco-dinamica di principi attivi biotecnologici
Modulo: Metodi fisici in chimica bioorganica
Programma
PARTE GENERALE: spettro elettromagnetico e radiazione elettromagnetica, caratterizzazione della radiazione elettromagnetica, radiazione elettromagnetica e interazioni con la materia, le tecniche spettroscopiche.

· SPETTROSCOPIA INFRAROSSO: Principi fondamentali, frequenza dell'assorbimento infrarosso e struttura chimica. Lo spettro IR.
Assorbimenti caratteristici: idrocarburi (alcani, alcheni, alchini, aromatici), alcoli, eteri, alogenuri,
composti carbonilici, ammine. Lettura di spettri IR. Strumentazione e registrazione degli spettri,
Spettrofotometro IR e Spettrofotometro IR a trasformata di Fourier (FT-IR). Tecniche in riflessione
(ATR, DRIFT, RAIRS, ATR). Applicazioni della spettroscopia IR.

· RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE, NMR (Nuclear Magnetic Resonance):

Risonanza magnetica protonica: Introduzione. Spettrometria NMR ad impulsi con trasformata di
Fourier. Sistema di riferimento rotante. Spostamento chimico. Accoppiamento di spin semplice.
Sistemi di spin con due o tre costanti di accoppiamento. Accoppiamento vicinale, geminale e a
lunga distanza. Disaccoppiamento di spin. Prossimità H-H nello spazio ed effetto Overhauser.
Spettroscopia per differenza ad effetto nucleare Overhauser. Lettura di spettri 1HNMR
Spettroscopia 13C-NMR: Introduzione. Tecniche di registrazione di uno spettro del carbonio.
Spostamenti chimici. Accoppiamento di spin 13C-1H. Spettri APT e DEPT.
Spettroscopia NMR di correlazione 1H-1H COSY.1H-13C HETCOR-HSQC-HMBC
Spettroscopia NMR di altri nuclei importanti Risonanza magnetica nucleare del 15N, del 19F,
31P. Lettura di spettri NMR

· SPETTROMETRIA DI MASSA. Introduzione. Strumentazione, sistema di introduzione, sorgenti, analizzatori. Ione molecolare a bassa e ad alta risoluzione. Riconoscimento dello ione molecolare.
Frammentazioni e riarrangiamenti. Spettri di massa di alcune classi chimiche.

· DICROISMO CIRCOLARE: Introduzione. Principi. Applicazioni

· TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE DELLO STATO SOLIDO: DSC e DIFFRATTOMETRIA RAGGI X. Principi base e applicazioni.
Materiale didattico e bibliografia
R.M. Silverstein, F.X. Webster Identificazione spettrometrica di composti organici Terza edizione-Casa Editrice Ambrosiana. Structure determination of organic compounds, practical exercises E. Rossi, D. Nava, G. Abbiati, G. Celentano, S. Pandini. Casa Editrice Edises
A. Randazzo. Guida pratica all'interpretazione di spettri NMR. Casa Editrice Loghia
Modulo: Analisi e farmaco-dinamica di principi attivi biotecnologici
Programma
I biofarmaci e in particolare le proteine terapeutiche prodotte utilizzando la tecnologia del DNA ricombinante sono generalmente complessi, eterogenei, e soggetti a una varietà di modificazioni enzimatiche e/o chimiche che possono avvenire durante l' espressione, la purificazione e la conservazione a lungo termine. Pertanto la valutazione della qualità dei biofarmaci richiede una completa e dettagliata caratterizzazione strutturale, l'analisi quali e quantitativa di impurezze e contaminanti e la valutazione dell'attività biologica.
Obiettivo del corso è quello di fornire allo studente una panoramica delle più aggiornate metodiche per valutare le proprietà chimiche e biologiche dei prodotti biofarmaceutici necessarie a verificarne la sicurezza ed efficacia. In particolare il corso si basa sui seguenti argomenti:

Caratterizzazione strutturale: determinazione del peso molecolare mediante spettrometria di massa, sequenze dei frammenti peptidici da digerito mediante sequenziamento con LC-MS/MS, mappa peptidica, profilo delle isoforme, mappa dei ponti disolfuro (ponti S-S), mappe di glicosilazione, studio delle modificazioni post-traduzionali (PTM), posizioni di coniugazione (come coniugati proteina-tossina mediante LC-MS e LC-MS/MS), determinazione del coefficiente di estinzione, profili spettroscopici mediante UV-VIS, integrità conformazionale, strutture di ordine superiore.

Impurezze: analisi quali e quantitativa delle impurezze relative al prodotto: determinazione di varianti quali forme tronche, forme modificate e aggregati (solubili e insolubili);

Contaminanti: nei biofarmaceutici vi sono rischi potenziali associati con i contaminanti della cellula ospite, derivati da batteri, lieviti, insetti, piante e cellule di mammifero. Per i prodotti derivati da insetti, piante e cellule di mammifero, o piante e animali transgenici, vi può essere un rischio aggiuntivo di infezione virale. La presenza di contaminanti cellulari può causare reazioni allergiche e altri effetti immunopatologici. Gli effetti avversi associati con i contaminanti degli acidi nucleici sono teorici, ma includono potenziale integrazione del DNA nel genoma dell'ospite. Saranno illustrati diverse metodiche per valutare la contaminazione di prodotti biofarmaceutici, compresi i metodi per valutare l'immunogenicità e l'immunotossicità, i residui di processo, come impurità derivate da substrati cellulari e dai processi a valle.

Analisi quantitativa: analisi di proteine intatte (metodi spettroscopici e MS), metodi basati sull'analisi dei peptidi proteotipici.

Caratterizzazione farmacodinamica dei biofarmaceutici: la determinazione dell'efficacia si riferisce alla misurazione quantitativa dell'attività biologica di un dato prodotto. L'attività biologica è un attributo di qualità critico; pertanto, le prove di efficacia sono una componente essenziale del controllo di qualità. Durante il corso, verranno illustrate diverse procedure per i test di potenza, tra cui saggi di legame per ligando e recettore, saggi basati su colture cellulari, saggi biochimici (come i saggi enzimatici) e saggi basati sull'uso di animali. In dettaglio, per quanto riguarda i modelli animali, negli ultimi anni si è osservato un notevole progresso nello sviluppo di modelli animali per malattie umane. Tali modelli animali che comprendono modelli indotti e spontanei di malattia, knockout di geni, e animali transgenici, possono fornire ulteriori indicazioni, non solo nel determinare l'attività farmacologica del prodotto ma anche aspetti di farmacocinetica e dosimetria, ed essere utili nella determinazione della sicurezza (ad esempio, nella valutazione della promozione indesiderata di progressione della malattia). In alcuni casi, studi condotti in modelli animali di malattia possono essere utilizzati come alternativa accettabile per studi di tossicità in animali normali. Saranno mostrati alcuni dei principali modelli animali utilizzati.
Materiale didattico e bibliografia
Pdf di tutte le lezioni reperibili sul sito Ariel
STUDENTI NON FREQUENTANTI
Modulo: Metodi fisici in chimica bioorganica
Programma
PARTE GENERALE: spettro elettromagnetico e radiazione elettromagnetica, caratterizzazione della radiazione elettromagnetica, radiazione elettromagnetica e interazioni con la materia, le tecniche spettroscopiche.

· SPETTROSCOPIA INFRAROSSO: Principi fondamentali, frequenza dell'assorbimento infrarosso e struttura chimica. Lo spettro IR.
Assorbimenti caratteristici: idrocarburi (alcani, alcheni, alchini, aromatici), alcoli, eteri, alogenuri,
composti carbonilici, ammine. Lettura di spettri IR. Strumentazione e registrazione degli spettri,
Spettrofotometro IR e Spettrofotometro IR a trasformata di Fourier (FT-IR). Tecniche in riflessione
(ATR, DRIFT, RAIRS, ATR). Applicazioni della spettroscopia IR.

· RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE, NMR (Nuclear Magnetic Resonance):

Risonanza magnetica protonica: Introduzione. Spettrometria NMR ad impulsi con trasformata di
Fourier. Sistema di riferimento rotante. Spostamento chimico. Accoppiamento di spin semplice.
Sistemi di spin con due o tre costanti di accoppiamento. Accoppiamento vicinale, geminale e a
lunga distanza. Disaccoppiamento di spin. Prossimità H-H nello spazio ed effetto Overhauser.
Spettroscopia per differenza ad effetto nucleare Overhauser. Lettura di spettri 1HNMR
Spettroscopia 13C-NMR: Introduzione. Tecniche di registrazione di uno spettro del carbonio.
Spostamenti chimici. Accoppiamento di spin 13C-1H. Spettri APT e DEPT.
Spettroscopia NMR di correlazione 1H-1H COSY.1H-13C HETCOR-HSQC-HMBC
Spettroscopia NMR di altri nuclei importanti Risonanza magnetica nucleare del 15N, del 19F,
31P. Lettura di spettri NMR

· SPETTROMETRIA DI MASSA. Introduzione. Strumentazione, sistema di introduzione, sorgenti, analizzatori. Ione molecolare a bassa e ad alta risoluzione. Riconoscimento dello ione molecolare.
Frammentazioni e riarrangiamenti. Spettri di massa di alcune classi chimiche.

· DICROISMO CIRCOLARE: Introduzione. Principi. Applicazioni

· TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE DELLO STATO SOLIDO: DSC e DIFFRATTOMETRIA RAGGI X. Principi base e applicazioni.
Materiale didattico e bibliografia
R.M. Silverstein, F.X. Webster Identificazione spettrometrica di composti organici Terza edizione-Casa Editrice Ambrosiana. Structure determination of organic compounds, practical exercises E. Rossi, D. Nava, G. Abbiati, G. Celentano, S. Pandini. Casa Editrice Edises
A. Randazzo. Guida pratica all'interpretazione di spettri NMR. Casa Editrice Loghia
Periodo
Primo semestre
Periodo
Primo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento
Via Golgi 19. Ingresso C, IV piano
Ricevimento:
Previo appuntamento (email o tel.)
Dipartimento di Scienze Farmacologiche, Via Balzaretti 9
Ricevimento:
da concordare via email
Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, via Mangiagalli 25, primo piano, stanza 1066