DIREZIONAMENTO DEI FARMACI AI TUMORI -1 a parte- Dott.ssa Rosa Pireddu Corso di Tecnologia farmaceutica applicata a.a

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1 DIREZIONAMENTO DEI FARMACI AI TUMORI -1 a parte- Dott.ssa Rosa Pireddu Corso di Tecnologia farmaceutica applicata a.a

2 Con il termine generico di cancro o tumore maligno si indica qualsiasi tipo di tumore maligno caratterizzato non solo dalla proliferazione incontrollata e progressiva di cellule anomale, ma anche dalla capacità di invadere i tessuti adiacenti e di colonizzare sedi distanti dando origine alle metastasi. Rappresenta una delle principali cause di morte in tutto il mondo. Secondo i dati dell OMS, il numero dei nuovi casi diagnosticati ogni anno supera i 10 milioni, mentre nel mondo muoiono ogni anno di cancro circa 6 milioni di persone. Gli agenti chemioterapici tradizionali hanno una elevata tossicità sistemica Si distribuiscono in modo non specifico nel corpo colpendo sia le cellule normali che quelle tumorali. La dose di farmaco che raggiunge il tumore è molto limitata

3 COME È POSSIBILE RIDURRE GLI EFFETTI COLLATERALI?

4 COME È POSSIBILE RIDURRE GLI EFFETTI COLLATERALI? TARGETED THERAPY o farmaci a bersaglio molecolare

5 COME È POSSIBILE RIDURRE GLI EFFETTI COLLATERALI? TARGETED THERAPY o farmaci a bersaglio molecolare TARGETED DRUG DELIVERY uso di sistemi di direzionamento sito specifico: DDS

6 TARGETED THERAPY Si basa sull uso di molecole in grado di bloccare l azione di un recettore specifico (target) ritenuto svolgere un ruolo critico nella crescita o nella progressione del tumore. Il bersaglio può essere un recettore presente sulla superficie o all interno della cellula neoplastica. È una terapia più efficace della terapia corrente e meno dannosa per le cellule normali. Il farmaco può agire con 3 meccanismi d azione: b-1) Può legarsi al fattore di crescita b-2) Può legarsi nel dominio intracellulare del recettore detto tirosin-chinasi impedendo che questo venga attivato c) Può legarsi al dominio extracellulare del recettore impedendo che il fattore di crescita lo attivi

7 TARGETED THERAPY Piccole Molecole Imitanib mesylate (Gleevec ) Gefitinib (Iressa ) Erlotinib Tamoxifene Anticorpi Monoclonali Trastuzumab (Herceptin ) Cetuximab (C225, Erbitux ) Bevacizumab Rituximab

8 COME È POSSIBILE RIDURRE GLI EFFETTI COLLATERALI DEI FARMACI GIÀ ESITENTI?

9 COME È POSSIBILE RIDURRE GLI EFFETTI COLLATERALI DEI FARMACI GIÀ ESITENTI? TARGETED DRUG DELIVERY uso di sistemi di direzionamento sito specifico: DDS

10 TARGETED DRUG DELIVERY DRUG DELIVERY capacità di un farmaco di accumularsi selettivamente e quantitativamente in un tessuto o organo specifico indipendentemente dal sito e dal metodo di somministrazione La distribuzione di un farmaco può essere modificata attraverso la sua associazione ad un vettore o CARRIER DRUG DELIVERY SYSTEM sistemi complessi di dimensioni nanometriche, costituiti da almeno due componenti, il vettore e il principio attivo.

11 TARGETED DRUG DELIVERY Obiettivi e specificità dei nanosistemi per il direzionamento sito specifico: Aumentare la concentrazione del farmaco nel tumore attraverso i meccanismi di: (a) targeting passivo (b) targeting attivo Diminuire la concentrazione di farmaco nei tessuti sani Migliorare i profili farmacocinetici e farmacodinamici Migliorare la solubilità del farmaco per consentire la somministrazione endovenosa Rilasciare la minor quantità di farmaco durante la circolazione Rilasciare la maggior quantità di farmaco nel sito bersaglio Aumentare la stabilità del farmaco proteggendolo dalla degradazione Aumentare l internalizzazione e il rilascio intracellulare del farmaco Devono essere biocompatibili e biodegradabili

12 TARGETED DRUG DELIVERY I SISTEMI CARRIER impiegati nel drug targeting sono diversi per composizione, struttura e modalità di trasporto

13 Jiskoot et al, 2009 OPSONIZZAZIONE

14 OPSONIZZAZIONE E SISTEMI STEALTH Rivestendo la superficie dei nanovettori con dei polimeri flessibili e idrofili è possibile proteggerli dal RES e aumentare il loro tempo di circolazione nel sangue Il PEG (Poli-(etilenglicole)) è il polimero più utilizzato per proteggere le particelle in quanto è idrofilo, con un alta flessibilità della catena polimerica, non tossico, non immunogenico, poco costoso Forze attrattive Forze repulsive tra il carrier peghilato e i componenti del sangue

15 LIPOSOMI STEALTH

16 MICROAMBIENTE TUMORALE La conoscenza e la comprensione del microambiente tumorale permette di elaborare diverse strategie terapeutiche sfruttando le numerose differenze rispetto al tessuto normale ANGIOGENESI TUMORALE EFFETTO EPR ph

17 ANGIOGENESI TUMORALE Piccolo tumore localizzato Tumore che cresce e si diffonde Vaso sanguigno Angiogenesi Dim tumore <2 mm 3 Dim tumore >2 mm 3 Molecole segnale (VEGF etc)

18 LA CASCATA DEI SEGNALI NELL ANGIOGENESI Cellula tumorale VEGF (o bfgf) Fattore di crescita endoteliale vascolare Recettori Cellula endoteliale Trasduttori Geni attivati Proteine che stimolano la crescita di nuove cellule endoteliali

19 ATTIVAZIONE DELLE CELLULE ENDOTELIALI MMPs secrete che digeriscono la matrice circostante Matrice Cellule endoteliali migrano e si dividono Cellule endoteliali attivate l'integrina α v β 3 espressa interagisce con le proteine della matrice extracellulare e regola la migrazione delle cellule endoteliali durante la formazione dei vasi

20 ANGIOGENESI TUMORALE TESSUTO NORMALE TESSUTO TUMORALE I vasi sanguigni tumorali che si formano risultano con una forma irregolare, dilatata e tortuosa e con ampie fenestrature Jain, Science; 307: 58-62, 2005

21 EFFETTO EPR EFFETTO DI AUMENTATA PERMEABILITÀ E RITENZIONE (EPR) è un fenomeno passivo scoperto da Matsumura e Maeda nel 1986 osservato in quasi tutti i tumori umani. I vasi sanguigni tumorali sono caratterizzati da una maggiore permeabilità vascolare con pori endoteliali di dimensioni da 10 a 1000 nm. I nanovettori (dim nm), possono extravasare e accumularsi all'interno dello spazio interstiziale. I vasi linfatici sono assenti o non funzionali nel tumore e questo contribuisce a un inefficiente drenaggio del tessuto tumorale. I nanovettori una volta raggiunto il tumore non vengono rimossi in modo efficiente e si accumulano nel tumore.

22 EFFETTO EPR Ampia angiogenesi e ipervascolature La mancanza di uno strato di muscolatura liscia, periciti Difettosa architettura vascolare: fenestrature Nessun flusso sanguigno costante Drenaggio linfatico inefficiente che porta a una maggiore ritenzione nell'interstizio tumorale Ritorno venoso lento che porta all'accumulo negli interstizi della massa tumorale la pressione del microcircolo nei tumori è più alta e facilita lo stravaso dei nanovettori.

23 ph TUMORALE Cellule tumorali Produzione di acido lattico EFFETTO WARBURG difetto nella catena respiratoria mitocondriale che determina un elevato tasso di glicolisi l piruvato viene convertito in lattato per generare il NAD +, un fattore richiesto da diversi enzimi glicolitici. ph dello spazio extracellulare tumorale (6 7) Il lattato eliminato dalla cellula tramite trasportatore monocarbossilato che esporterà un protone con una molecola lattato blocco uptake cellulare di basi deboli forma indissociata Doxorubicina

24 STRATEGIE PER IL DIREZIONAMENTO SPECIFICO FARMACO LIBERO TARGETING PASSIVO TARGETING ATTIVO TARGETING ATTIVO STIMOLI INTERNI/ESTERNI

25 TARGETING PASSIVO Estravasione di PEG-Liposomi (dim 126 nm) dai vasi tumorali Nessuna estravasione di PEG-Liposomi (dim 126 nm) dai tessuti normali Il targeting passivo consiste nel trasporto di nanovettori attraverso le ampie fenestrature dei capillari tumorali nello spazio interstiziale tumorale e nelle cellule tumorali per semplice diffusione passiva (grazie all effetto EPR).

26 Nanovettori grandi e a lunga circolazione (100 nm) sono mantenuti maggiormente nel tumore, mentre le molecole più piccole vengono facilmente diffuse TARGETING PASSIVO

27 TARGETING PASSIVO Proprietà dei nanovettori per raggiungere il tumore con meccanismo passivo: eludere la sorveglianza immunitaria e circolare per un lungo periodo dimensione ideale tra i 10 e 100 nm per una efficiente extravasione dalle fenestrature dei vasi tumorali dim << 400nm per evitare la filtrazione attraverso i reni dim > 10 nm per evitare la cattura specifica da parte del fegato dim < 150 nm.

28 TARGETING PASSIVO Limitazioni per raggiungere il tumore con meccanismo passivo: il targeting passivo dipende dal grado di vascolarizzazione del tumore e dall'angiogenesi l extravasione dei nanovettori varierà con il tipo di tumore e con la localizzazione anatomica l'alta pressione del fluido interstiziale nei tumori solidi impedisce un assorbimento efficace e distribuzione omogenea dei farmaci nel tumore (interessa di più le piccole molecole rispetto ai grandi nanovettori)

29 INTERAZIONE CARRIER- CELLULA O anche Rilascio del farmaco nello spazio extracellulare

30

31 Myocet: Liposomi di Doxorubicina Emivita da 0,2 h a 2,5 h cardiotox

32 DOXIL, Caelix: Liposomi pegylati di Doxorubicina Emivita da 0,2 h a 55 h cardiotox

33 TARGETING ATTIVO Il modello di distribuzione del carrier è modificato utilizzando un homing device che porta il dispositivo su un sito specifico TARGETING CELLULE TUMORALI TARGETING ENDOTELIO TUMORALE

34 TARGETING ATTIVO IMMUNO -LIGANDI LIGANDI NON ANTICORPO

35 ENDOCITOSI RECETTORE-MEDIATA

36 TARGETING ALLE CELLULE TUMORALI Con questa strategia di targeting attivo viene sfruttata l iperespressione sulla superficie delle cellule tumorali di particolari recettori inclini all endocitosi RECETTORE DELLA TRANSFERRINA RECETTORE PER IL FOLATO GLICOPROTEINE ESPRESSE SULLA SUPERFICIE DELLE CELLULE RECETTORE DEL FATTORE DI CRESCITA EPIDERMICO (EGFR)

37 RECETTORE DELLA TRANSFERRINA

38 RECETTORE DELLA TRANSFERRINA

39 RECETTORE DELLA TRANSFERRINA Es. In uno studio di Li et al, la Doxorubicina è stata incapsulata in Tf-PEG-liposomi e PEG-liposomi. Studi in vitro di associazione cellulare e uptake cellulare su cellule HepG2 hanno dimostrato che l associazione dei Tf-PEGliposomi con le cellule HepG2 porta a una maggiore internalizzazione e rilascio di DOX rispetto ai PEGliposomi non targati. In vivo diminuisce l accumulo di Dox nei reni, nella milza, nell intestino e soprattutto nel cuore DOX-Stealth lipo Tf-DOX-Stealth lipo X. Li et al. / International Journal of Pharmaceutics 373 (2009)

40 RECETTORE DEL FOLATO

41 RECETTORE DEL FOLATO Es. Yoo HS et al hanno prodotto dei nano coniugati di doxorubicina-peg-folato e hanno dimostrato come questi coniugati hanno un maggiore effetto citotossico sulle cellule KB rispetto alla doxorubicina libera DOX DOX- nano aggregati DOX/FOL- nano aggregati

42 TARGETING ALL ENDOTELIO VASCOLARE I nanovettori targati da ligandi specifici si legano e uccidono i vasi sanguigni angiogenici e, indirettamente, le cellule tumorali che questi nuovi vasi supportano, soprattutto nel centro del tumore. I vantaggi del targeting all'endotelio tumorale sono: non è necessario lo stravaso di nanovettori per arrivare al loro bersaglio il legame ai loro recettori è direttamente possibile dopo iniezione endovenosa Minore rischio potenziale di sviluppare resistenza a causa della stabilità genetica delle cellule endoteliali rispetto alle cellule tumorali la maggior parte dei bersagli delle cellule endoteliali sono espressi qualunque sia il tipo di tumore, offrendo uno spettro di applicazione più ampio

43 TARGETING ALL ENDOTELIO VASCOLARE I bersagli principali dell'endotelio tumorale includono: I fattori di crescita endoteliale vascolare (VEGF) e i loro recettori, VEGFR-1 e VEGFR-2: bloccare il recettore per il VEGF-2 e diminuire il legame dirigersi verso il VEGF per inibire il legame del ligando al recettore VEGFR-2 Il recettore delle cellule endoteliali INTEGRINA α v β 3 : I derivati ciclici o lineari dell oligopeptide RGD (Arg-Gly-Asp) sono in grado di legarsi a alle integrine αvβ3endoteliali Le metalloproteinasi della matrice (MMPs): Il peptide NGR (Asn-Gly-Arg) è in grado di legarsi al recettore di superficie Aminopeptidasi N/CD13 (MMP)

44 TARGETING ATTIVO Esempi di nanosistemi progettati per il direzionamento attivo utilizzati in studi pre-clinici e clinici

45 TARGETING ATTIVO Esempi di nanosistemi progettati per il direzionamento attivo utilizzati in studi pre-clinici e clinici