Farmaci antidiabetici

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1 Farmaci antidiabetici

2 Farmaci Biotecnologici (FDA 1994) (FDA 2003)

3 Insulina Scoperta nel 1921 da Banting e Best NH3 + Catena A s s COO - G I V E Q C C T S I C S L Y Q L E N Y C N 51 amminoacidi s s s s F V N Q H L C G S H L V E A L Y L V C G E R G F F Y T P K T NH3 + Catena B COO - pig human Specie A8 A10 B28 B29 B30 Uomo Thr Ile Pro Lys Thr Lispro Thr Ile Lys Pro Thr Suino Thr Ile Pro Lys Ala Bovino Ala Val Pro Lys Ala Le somiglianze nella sequenza dell insulina portano a conformazioni tridimensionali simili nelle diverse specie. Per questo l insulina è biologicamente attiva in animali di specie diversa.

4 Tappe nella purificazione dell Insulina Estrazione dal pancreas di suini e bovini Formulazioni ritardo per controllare la glicemia nel tempo Messa a punto di procedimenti cromatografici (esclusione, scambio ionico, fase inversa) per ridurre i livelli di impurezze proteiche o di proteine affini (proinsulina, polimeri dell insulina) Miglioramento stabilità chimica, dalle preparazioni acide a quelle neutre (impiego di zinco e protamina) Tecnologia del DNA ricombinante. Ha permesso la produzione di quantità illimitate di insulina umana (eliminando il vincolo della fonte e offrendo insulina naturale esogena) con purezza >98%.

5 Produzione dell insulina umana per via ricombinante

6 Sintesi Insulina (precursore sintetizzato nel RE delle cell. β isole Langherans) Folding specifico stabilizzato dai ponti disolfuro proteolisi nell app. di Golgi Proteolisi da endopeptidasi e carbossipeptidasi La riduzione distrugge l insulina in modo irreversibile Il peptide C viene secreto insieme all insulina. La sua concentrazione plasmatica è proporzionale a quella dell insulina e serve da stima dei livelli di secrezione endogena Le preparazioni farmaceutiche non contengono il peptide C

7 Secrezione di Insulina avviene per esocitosi Effetti autocrini Glucochinasi trasforma il glucosio in glucosio-6-p e serve da sensore per il glucosio Cellula β del pancreas da Nature 2001 La generazione di ATP attraverso la glicolisi e il ciclo di Krebs inibisce l attività dei canali K ATP e la conseguente depolarizzazione attiva i canali al Ca 2+ che inducono esocitosi

8 Controllo della secrezione di Insulina gastrina Secretina Colecisteochinina polipeptide inibitorio gastrico (GIP) peptide glucagone-simile. Producono rapida secrezione di insulina dopo ingestione di cibo Oltre al glucosio altri stimoli che portano alla secrezione di insulina + (bloccano i KATP) Inibitori della secrezione sono SS, galanina (antagonsta KATP), sistema simpatico (adrenalina inibisce rilascio insulina e aumenta il glu ematico) Livelli plasmatici dopo digiuno notturno: pmol/l Secrezione giornaliera: 5 mg

9 Effetti dell Insulina Insulin receptor substrate Aumento della captazione di glucosio Attivazione della glicogenesi

10 Effetti dell Insulina Proteine del metabolismo

11 Effetti dell Insulina Tappa limitante * Gluconeogenesi: sintesi del glucosio da fonti diverse dai carboidrati Glicogenolisi: degradazione del glicogeno Glicolisi: utilizzazione del glucosio Glicogenesi: sintesi di glicogeno *effetto netto aumento livelli glicogeno traslocazione del trasportatore Glut-4 sulla membrana plasmatica (3), glicogenosintesi (4), glicolisi (5), sintesi degli acidi grassi (6).

12 Controllo del glucosio ematico

13 DIABETE MELLITO Gruppo eterogeneo di malattie caratterizzate da elevati livelli di glucosio ematico a digiuno: [glucosio]>7.0 mmol/l 2 ore dopo il pasto: [glucosio]>10 mmol/l alterazioni metaboliche Microangiopatia ipertensione della microvascolatura Malattia macrovascolare formazione di ateroma (il rischio di aterosclerosi aumenta nel diabetico) retinopatia (cecità) nefropatia (insufficienza renale cronica) neuropatia (dementia, disabilità sensomotoria) infarto del miocardio ictus cerebrale amputazione delle gambe

14 DIABETE MELLITO Diabete di tipo 1 (diabete giovanile, diabete mellito insulino-dipendente) Malattia cronica più comune nei bambini Suscettibilità genetica e fattori ambientali Dovuto alla distruzione autoimmune delle cellule β del pancreas, con conseguente mancanza assoluta di insulina (le cause rimangono oscure, si pensa a fattori genetici o ambientali come tossine) Assunzione di insulina esogena è obbligatoria per la prevenzione della iperglicemia e della chetoacidosi che mettono in pericolo la sopravvivenza Diabete di tipo 2 (diabete mellito non insulino-dipendente) 90% dei casi di diabete Monogenico (AD, sono state trovate mutazioni responsabili della disfunzione delle cellule beta) o multifattoriale (fattori genetici e/o stile di vita) Caratterizzato da resistenza all insulina e/o anormale secrezione di insulina. Assunzione di insulina necessaria quando la dieta o i farmaci ipoglicemizzanti non bastano a regolare i livelli ematici di glucosio 2 1

15 DIABETE MELLITO Sedentarietà Obesità Diffusione del diabete nel mondo (negli ultimi decenni) dovuta a cambiamenti nello stile di vita e ad un miglioramento nel riconoscimento clinico della malattia

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17 Sulfaniluree bloccano i KATP nelle cellule beta pancreatiche TOLBUTAMIDE (1 generazione) Farmaco potente e più sicuro Dose orale fino a 3 g GLIBENCLAMIDE e GLIPIZIDE (2 generazione) Farmaci più potenti con emivita più lunga Dose orale mg GLIMEPIRIDE (3 generazione) Minori reazioni avverse sul sistema cardiovascolare lunga durata d azione Meccanismo d azione: Stimolazione della secrezione di insulina Effetti dannosi: possono causare ipoglicemia e quindi stimolazione dell appetito e aumento di peso tachicardia

18 Repaglinide Derivati dell acido benzoico GLINIDI agisce legandosi ad un sito uguale o diverso rispetto alle sulfaniluree sul recettore SUR1 della membrana delle cellule beta. Ha attività simile e cioè stimola la secrezione di insulina. Effetto rapido e di breve durata e questo spiega l'efficacia selettiva sulla glicemia postprandiale nel diabete di tipo 2.

19 Interazioni farmacologiche Farmaci che inibiscono il metabolismo delle SU: FANS, cimetidina, chetoconazolo, sulfometossazolo Farmaci che interferiscono con la frequenza di apertura/chiusura dei canali al K della cellula beta: diazossido e diuretici tiazidici che aprono i canali al K riducono l effetto di rilascio insulina delle SU Farmaci che interagiscono con l assorbimento intestinale delle SU: colestiramina lo riduce, antiacidi lo aumentano Farmaci che ne potenziano l azione: beta-bloccanti e alfa-agonisti, inibitori delle MAO Farmaci che ne potenziano l effetto per sinergismo farmacologico: insulina, acarbosio e altri

20 INCRETINE Ormoni peptidici rilasciati con la funzione di aumentare il rilascio di insulina post-prandiale GLP1 (glucagon-like peptide) prodotto dall intestino dopo il pasto (prodotto di splicing del glucagone) Vengono inattivate da DPP (enzima dipeptidil dipeptidasi) Agiscono su pancreas, sist.gastrointestinale, SNC, cuore su recettori accoppiati a proteine G Compromissione nel paziente diabetico. FARMACI DISPONIBILI (2 tipi): analoghi di sintesi del GLP resistenti all azione del DPP (incretinomimetici=exenatide), somministrazione orale, effetti avversi di tipo gastrointestinale Inibitori della DPP approvati (vidagliptin, sitagliptin)

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22 Biguanidi metformina Meccanismo d azione non molto chiaro Aumento utilizzo glucosio Riduzione produzione epatica glucosio (per riduzione gluconeogenesi) Riduce anche le LDL e VLDL Preferita nei pazienti obesi anche perché non stimola l appetito

23 Tiazolidindioni (dal 1997) Rosiglitazone Pioglitazone Sono in commercio e presentano minore tossicità epatica rispetto ad altri tiazolidindioni Meccanismo d azione agonisti PPAR γ recettore nucleare presente nel tessuto adiposo, muscolo e fegato aumento trascrizione geni che fanno parte delle vie di segnale per l insulina (anche GLUT-4) Aumenta lipogenesi, promuove la captazione degli acidi grassi e del glucosio Migliorano anche la dislipidemia Aumenta la sensibilità all insulina Effetti avversi: possono causare aumento di peso, rischio cardiovascolare

24 Acarbosio Inibitore dell'alfa-glucosidasi, enzima responsabile della digestione degli zuccheri nell'intestino L'acarbosio ritarda la digestione e l'assorbimento di zuccheri alimentari per tale meccanismo ha un effetto nel ridurre la glicemia post-prandiale prandiale 500mg/die anche in associazione con metf o glib sconsigliato nell insufficienza renale

25 Trattamento con Insulina Fonti di insulina bovina, suina ottenuta per estrazione dal pancreas umana sintetizzata da ceppi di Escherichia coli geneticamente modificati Somministrazione sottocutanea cronica endovenosa in casi di emergenza Metabolismo degradata nel tratto gastrointestinale (no via orale) inattivata dall enzima insulina-riduttasi epatica e renale Farmacocinetica dipende dalla preparazione farmaceutica Effetti collaterali ipoglicemia sudorazione, vertigini, confusione, tachicardia lipodistrofia (atrofia o ipertrofia locale del tessuto adiposo sottocutaneo nella sede delle iniezioni) ipersensibilità allergica

26 Preparazioni di Insulina Zinco Conservante fenolico Insulina monomera Insulina dimera Insulina esamera 1. Dovuta a favorevoli interazioni idrofobe all estremità C della catena B 2. Associazione con due cationi metallici bivalenti (zinco favorisce la formazione di esameri 2 atomi di Zn/esamero, e serve all immagazzinamento nelle vescicole delle cellule β) 3. Il legame con i fenoli (legami idrogeno e di Van der Waals) inducono un cambio di conformazione che stabilizza l esamero. Il conservante fenolico serve da agente antimicrobico 4. Un agente isotonico (NaCl, glicerolo) minimizza il danno e il dolore nel punto di iniezione 5. Un tampone fisiologico (fosfato sodico) minimizza le variazioni di ph Insulina Esamera ad α-elica Rappresentazione schematica dell autoassociazione dell insulina

27 Preparazioni di Insulina 100U Azione in ore Tipo componenti Inizio Picco Durata R: Regolare solubile (e.v.) zinco ( mg) conservante: m-cresol rapida agente isotonico: glicerolo N: insulina NPH zinco ( mg) (può provocare reazioni immunitarie tampone: fosfato per la protamina, si passa allora alla L) conservante: m-cresol e fenolo isotonicità: glicerolo intermedia cristallo: protamina (0.4 mg) L: Sospensione lenta zinco ( mg) % cristalli romboedrici tampone: acetato (1 iniezione al giorno) conservante: metilparabene agente isotonico: glicerolo U: Sospensione ultralenta zinco ( mg) % cristalli romboedrici tampone: acetato protratta conservante: metilparabene agente isotonico: glicerolo 30/70: (30% R + 70% N) /50: (50% R + 50% N) Nonostante la solubilità dell insulina R si osserva sempre un ritardo dell azione probabilmente dovuto al tempo impiegato per la dissociazione dell esamero prima dell assorbimento. Le miscele sono più stabili e assicurano un migliore controllo della glicemia

28 Concentrazione di insulina Preparazioni di Insulina Formulazione Rappresentazione schematica della dissociazione di un esamero solubile di insulina umana a seguito di iniezione sottocutanea. Gli esameri sono costituiti da dimeri. Le piccole sfere chiare rappresentano lo zinco. La dissociazione ossia lo spostamento verso le forme dimere e monomere avviene con la diluizione della proteina. L insulina solubile inizia ad agire entro mezz ora e presenta il picco d azione tra 2-3 ore.

29 Insulina Lispro Picco d azione 1 ora pazienti diabete tipo 1 Mentre l insulina regolare necessita di una progressiva diluizione per dissociarsi, la lispro può dissociarsi a concentrazioni superiori e viene quindi assorbita più velocemente

30 Le preparazioni di insulina usate per il trattamento dei diabetici hanno un elevata percentuale di esameri e questo le rende poco efficaci. Anche questo problema ha spinto l industria farmaceutica a produrre insulina ricombinante in cui sono stati cambiati i residui di lisina e di prolina C-terminali delle catene B (LISPRO), questa modificazione non altera le proprietà di legame della molecola con il proprio recettore ma riduce la tendenza a costituire dimeri ed esameri.

31 Insulina Lispro Concentrazione di insulina lispro Formulazione Rappresentazione schematica ipotetica della dissociazione dell esamero solubile di insulina lispro a seguito di iniezione sottocutanea L insulina lispro inizia ad agire dopo 15 min e raggiunge il picco d azione dopo 1 ora La maggiore velocità di dissociazione è stata attribuita alla sua ridotta attitudine all autoassociazione

32 Insulin Aspart NovoLogTM (insulin aspart [rdna origin] injection) is a human insulin analogue that is a rapid-acting, parenteral blood glucose-lowering agent. NovoLogTM is homologous with regular human insulin with the exception of a single substitution of the amino acid proline by aspartic acid in position B28, and is produced by recombinant DNA technology utilizing Saccharomyces cerevisiae (baker's yeast).

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35 La terapia insulinica di nuova generazione: anche in Italia Detemir (Levemir) L insulina detemir èun analogo solubile a lunga durata d azione dell insulina umana si ottiene utilizzando un ceppo di lievito (Saccharomyces cerevisiae) La sintesi dell insulina detemir avviene attraverso delezione (des-30) della treonina, e l aggiunta di un acido grasso a 14 atomi di carbonio (acido miristico) al gruppo aminico della lisina B29. La presenza dell acido miristico facilita il legame con l albumina nel sito sottocutaneo d iniezione e successivamente con l albumina plasmatica consentendo un rilascio ad una velocita costante I due maggiori effetti collaterali legati. all impiego dell ormone sono il rischio di episodi ipoglicemici e l incremento del peso. le strategie efficaci per contenere l aumento di peso sono: modificazione dello stile di vita e impiego in associazione di metformina (aumenta consumo glucosio, riduce assorbimento intestinale) detemir = minor aumento del peso; riduzione del rischio di ipoglicemie effetto saziante esercitato a livello centrale, o differente insulinizzazione raggiunta a livello periferico ed epatico grazie al particolare legame con l albumina

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37 Trattamento con Insulina Confezione fiale da 10 ml a 100 U/ml Dispositivi di iniezione Siringhe da insulina con aghi piccoli Iniettori a penna con cartuccia L omogenizzazione del prodotto prima dell iniezione è importante per ottenere buoni risultati Conservazione Al fresco (frigo) Non congelare Protetta dalla luce Impiego Risospensione con agitazione leggera Sviluppi -sistemi a circuito aperto (pompa osmotica, impianti biodegradibili) -sistemi a circuito chiuso (cellule secretrici incapsulate, combinazione biosensori e pompa, sistemi autoregolati)