Preparazione e sviluppo di farmaci con metodi biotecnologici

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
9
Crediti massimi
72
Ore totali
SSD
CHIM/08 CHIM/11
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il principale obiettivo del corso è quello di mettere in evidenza le grandi potenzialità dei metodi biotecnologici sia nella produzione di farmaci che nell'ottimizzazione di molecole già esistenti e quindi nello sviluppo di nuovi farmaci. Il corso tratta tre principali classi di farmaci biotecnologici: le proteine ricombinanti, i prodotti naturali ottenuti mediante tecniche di ingegneria metabolica e i bioconiugati di piccole molecole. 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. Un obiettivo specifico è quello di attirare costantemente l'attenzione dello studente sulle problematiche farmacocinetiche che possono limitare l'efficacia di un farmaco biotecnologico; a tale proposito vengono analizzate le possibili modifiche di natura chimica o biotecnologica utili ad ottimizzare il profilo farmacocinetico di farmaci di natura peptidica e proteica. Inoltre, vengono presi in esame metodi di bioconiugazione utilizzati per lo sviluppo di nuovi derivati per il rilascio sito specifico di farmaci a tessuti bersaglio, quali ad esempio i tumori. Una particolare enfasi viene data alle strategie 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. Vengono descritte ed analizzate criticamente metodologie innovative di biotecnologia industriale e di biocatalisi utilizzabili per la produzione di farmaci e di loro intermedi. Lo studente viene introdotto alle più moderne tecniche biotecnologiche in grado di aumentare enormemente le prestazioni dei catalizzatori biologici, come ad esempio l'ingegnerizzazione metabolica, la "directed evolution" e l'uso di bioreattori non convenzionali.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
Moduli o unità didattiche
Preparazione di farmaci con metodi biotecnologici
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 0
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 0
Lezioni: 32 ore

Sviluppo di farmaci con metodi biotecnologici
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 0
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 0
Lezioni: 40 ore
Docente: Conti Paola

STUDENTI FREQUENTANTI
Prerequisiti e modalità di esame
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.
Consistenza della prova: esame scritto, con un numero di domande variabile tra 4 e 5, riguardanti argomenti trattati nelle due unità didattiche. Le domande prevedono una risposta aperta. Il tempo a disposizione è di 2 ore.
Requisiti al fine del superamento dell'esame stesso: lo studente deve rispondere a tutte le domande dimostrando un livello di preparazione sufficiente e la capacità di stabilire collegamenti tra gli argomenti trattati nelle due unità didattiche. Il voto è espresso in trentesimi.

Prerequisites
Background in Medicinal chemistry , in particular the following general topics: drug targets, pharmacodynamic and pharmacokinetics. For those student who did not previously follow a Medicinal Chemistry course, the following text is warmly recommended: -Graham L. Patrick CHIMICA FARMACEUTICA, Edizione integrata a cura di Gabriele Costantino, EdiSES (Parts A, B and C)
Basic knowledge of Microbiology and Biotechnology of fermentations.
Exam modality
Written exam, 4-5 question covering all the topics of the two didactic units. The questions are open-ended. Exam duration: 2 hours.
To pass the exam the student must answer to all questions demonstrating at least a sufficient level of preparation and should be able to establish correlations between the topics covered by the two didactic units. The exam pass mark is 18/30.
Sviluppo di farmaci con metodi biotecnologici
Programma
1) Proteine ricombinanti e farmaci di natura peptidica
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.
2) Farmaci di origine naturale (antibiotici, antitumorali, antiparassitari) prodotti sfruttando metodi di ingegnerizzazione microbica come alternativa all'estrazione da fonti naturali: studio delle relazioni struttura-attività e modifiche strutturali per l'ottimizzazione del profilo farmacologico.
3) Problematiche farmacocinetiche associate a farmaci di natura peptidica e strategie per il rilascio controllato e prolungato di farmaci biotecnologici: coniugazione con polimeri naturali o sintetici. Metodi biotecnologici per il rilascio sito-specifico di farmaci: direzionamento passivo e attivo. Strategie per il rilascio sito-specifico di farmaci antitumorali.
Materiale didattico e bibliografia
Graham L. Patrick CHIMICA FARMACEUTICA, Edizione integrata a cura di Gabriele Costantino, EdiSES
Maria Luisa Calabrò COMPENDIO DI BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE Ed. EdiSES
Materiale didattico fornito dai docenti, disponibile su Ariel.

Slides of the lessons, available on Ariel.
Preparazione di farmaci con metodi biotecnologici
Programma
1) Cellule microbiche per la produzione di proteine ricombinanti
a. Strategie per il miglioramento della produttività e dell'efficienza di secrezione
b. Sistemi di espressione batterici: E. coli
c. Altri sistemi di espressione batterici: Bacillus, batteri lattici, attinomiceti
d. Sistemi di espressione in eucarioti: lieviti
e. Sistemi di espressione in eucarioti: funghi filamentosi
f. Esempi di produzioni industriali: insuline
g. Ormone della crescita

2) Miglioramento genetico per la produzione microbica di farmaci
a. Metaboliti secondari come farmaci: considerazioni generali e prospettive
b. Miglioramento mediante ingegneria metabolica
c. Mutagenesi e directed evolution
d. Esempi industriali: antibiotici, antitumorali, antiparassitari

3) Biocatalisi
a. Biocatalisi: importanza in campo farmaceutico
b. Tecniche in biocatalisi: impiego di enzimi isolati e microrganismi ricombinanti, ingegneria proteica, immobilizzazione
c. Reazioni biocatalitiche:
- reazioni idrolitiche
- reazioni redox
- altre reazioni
d. Esempi industriali
Materiale didattico e bibliografia
Stefano Donadio e Gennaro Marino, BIOTECNOLOGIE MICROBICHE, Casa Editrice Ambrosiana
Materiale didattico fornito dai docenti, disponibile su Ariel.
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STUDENTI NON FREQUENTANTI
Prerequisiti e modalità di esame
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.
Consistenza della prova: esame scritto, con un numero di domande variabile tra 4 e 5, riguardanti argomenti trattati nelle due unità didattiche. Le domande prevedono una risposta aperta. Il tempo a disposizione è di 2 ore.
Requisiti al fine del superamento dell'esame stesso: lo studente deve rispondere a tutte le domande dimostrando un livello di preparazione sufficiente e la capacità di stabilire collegamenti tra gli argomenti trattati nelle due unità didattiche. Il voto è espresso in trentesimi.
Sviluppo di farmaci con metodi biotecnologici
Programma
1) Proteine ricombinanti e farmaci di natura peptidica
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.
2) Farmaci di origine naturale (antibiotici, antitumorali, antiparassitari) prodotti sfruttando metodi di ingegnerizzazione microbica come alternativa all'estrazione da fonti naturali: studio delle relazioni struttura-attività e modifiche strutturali per l'ottimizzazione del profilo farmacologico.
3) Problematiche farmacocinetiche associate a farmaci di natura peptidica e strategie per il rilascio controllato e prolungato di farmaci biotecnologici: coniugazione con polimeri naturali o sintetici. Metodi biotecnologici per il rilascio sito-specifico di farmaci: direzionamento passivo e attivo. Strategie per il rilascio sito-specifico di farmaci antitumorali.
Materiale didattico e bibliografia
Graham L. Patrick CHIMICA FARMACEUTICA, Edizione integrata a cura di Gabriele Costantino, EdiSES
Maria Luisa Calabrò COMPENDIO DI BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE Ed. EdiSES
Materiale didattico fornito dai docenti, disponibile su Ariel.
Preparazione di farmaci con metodi biotecnologici
Programma
1) Cellule microbiche per la produzione di proteine ricombinanti
a. Strategie per il miglioramento della produttività e dell'efficienza di secrezione
b. Sistemi di espressione batterici: E. coli
c. Altri sistemi di espressione batterici: Bacillus, batteri lattici, attinomiceti
d. Sistemi di espressione in eucarioti: lieviti
e. Sistemi di espressione in eucarioti: funghi filamentosi
f. Esempi di produzioni industriali: insuline
g. Ormone della crescita

2) Miglioramento genetico per la produzione microbica di farmaci
a. Metaboliti secondari come farmaci: considerazioni generali e prospettive
b. Miglioramento mediante ingegneria metabolica
c. Mutagenesi e directed evolution
d. Esempi industriali: antibiotici, antitumorali, antiparassitari

3) Biocatalisi
a. Biocatalisi: importanza in campo farmaceutico
b. Tecniche in biocatalisi: impiego di enzimi isolati e microrganismi ricombinanti, ingegneria proteica, immobilizzazione
c. Reazioni biocatalitiche:
- reazioni idrolitiche
- reazioni redox
- altre reazioni
d. Esempi industriali
Materiale didattico e bibliografia
Stefano Donadio e Gennaro Marino, BIOTECNOLOGIE MICROBICHE, Casa Editrice Ambrosiana
Materiale didattico fornito dai docenti, disponibile su Ariel.
Periodo
Secondo semestre
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
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