Výzkum a vývoj léčiv FarmChem 03 Výzkum a vývoj nových léčiv je • časově náročný • nákladný • rizikový VaV léčiv je služba pro tyto „zákazníky“: • pacienty • lékaře • lékárníky a distributory léčiv • poskytovatele a plátce zdravotnických služeb (pojišťovny) • vedení a akcionáře farmaceutické firmy Tři fáze výzkumu a vývoje léčiv (3 x DD) v Fáze objevu (Drug Discovery) hledání první látky s požadovanou účinností (vodítko - lead compound) v Fáze návrhu (Drug Design) optimalizace vlastností, výběr nejlepších kandidátů pro další vývoj v Fáze vývoje (Drug Development) vývoj technologie výroby, metod hodnocení, preklinické a klinické zkoušení Inovativnost léčiv Základní kategorie Ø A. Nová struktura, nové přínosy pro terapii Ø B. Nová struktura odvozená od známých látek, známé přínosy (“me too”) Ø C. Známá struktura, nové přínosy pro terapii (“profarmaka”, jediný enantiomer, nový typ soli, směrování účinku, nové indikace, nové lékové formy) Ø D. Známá struktura, známé přínosy (generika) Časová náročnost VaV nového léčiva Nové léčivo přichází na trh nejdříve za 8 let po objevu (průměr: 12-15 let) Příklad objevu a vývoje léčiva - diazepam Objevování nových léčiv - hledání vodítka (lead compound) • Šťastná náhoda minulost? • Screening přirozené produkty syntetizované látky náhodný výběr - příklad NCI cílený výběr - na základě znalostí cílových struktur vyhledávání celých molekul na fragmentech založený objev léčiva Screening Screening in vitro, in vivo, in silico Výběr a validace cílových struktur, biomarkery • Klasický screening • Vysokokapacitní screening • Virtuální screening – počítačové modelování • Vyhledávání celých molekul látek • Vyhledávání fragmentů Na fragmentech založený objev léčiva “Hity“ klasického i vysokokapacitního screeningu disociační konstanty komplexů s cílovou strukturou řádu 10^-7-10^-9 obrovský počet možných struktur (až 10^60 molekul s 30 atomy) složité molekuly vlastnosti nedostatečující pro použití jako léčivo (druggability) - problémy s rozpustností, biologickou dostupností a toxicitou Fragmenty struktury léčiva ð mohou být využity jako stavební kameny mnohem účinnějších látek disociační konstanty komplexů s cílovou strukturou řádu 10^-3-10^-6 jednoduché látky s nižší molekulovou hmotností (do 300 látky) konečný počet fragmentů (řádově 10^2) samy mají nedostatečnou účinnost (problémy s funkčním testováním – NMR, MS, rtg krystalů ) privilegované struktury, implicitní struktury fragmentů FBDD – vyhledání fragmentů optimalizace fragmentů fúze a spojování fragmentů počítačové modelování fúzovaných molekul, screening Kombinatoriální syntéza Syntéza v pevné fázi Paralelní syntéza Kombinatoriální syntéza - knihovny sloučenin Purvulanol B - 1000 x účinnější než olomoucin Příklad: Inhibitory cdk2 (vodítko: olomoucin) Vysokokapacitní (high throughput) screening Využití vazebných interakcí s cílovou strukturou (enzym, receptor, strukturní bílkovina, DNA apod.) - binding assay Zkoušení v pevné fázi - označení cílové struktury chromogenní nebo fluorescenční značkou, posouzení zbarvení kuliček Využití funkčních vlastností (inhibice apod.) Zkoušení v roztoku po odštěpení látky od nosiče (mikrotitrační destičky) Citlivost screeningu - 1 μmol/l Zvýšení citlivosti - větší kuličky, destičky s 384 nebo 1536 jamkami Automatizace vyhodnocování - 10 mil. sloučenin za den - knihovna pentapeptidů z 20 aminokyselin Identifikace Analýza individuálních produktů, směsných vzorků, určení struktury látek v mikromolárním množství Stereochemie a biologická účinnost A. Geometrické isomery Stereochemie a biologická účinnost Asi 25% používaných léčiv je chirálních B. Chiralita - optické isomery Enantiomery: stejná x různá účinnost (i nežádoucí) jiná účinnost (jiné cílové struktury), opačná účinnost Eutomer (účinnější enantiomer), distomer (méně účinný) Isodesmický poměr (mezi účinností eutomeru a distomeru) Příprava enantiomerů Chirální záměna (chiral switch): racemát → enantiomer (eutomer) Příprava chirálních látek Rezoluce racemátů – chromatografie na chirálních fázích – krystalizace diastereomerních solí, popř. esterů – kinetická rezoluce – enzymatická rezoluce Racemizace nepotřebného enantiomeru Asymerická (enantioselektivní) syntéza Chirální element • výchozí látka • činidlo • katalyzátor (enzymatická katalýza) Optický výtěžek, optická čistota (ee) Stereochemie a biologická účinnost C. Konformace Menší význam než geometrická stavba molekuly Méně nebo více aktivní konformace Rigidita, flexibilita molekuly Změna konformace má určitý časový průběh a vyžaduje dodání energie – dopad na účinnost Možnost zafixování aktivní konformace • Náhrada flexibilní vazby rigidnější (dvojná vazba, aromatický systém apod.) • Uzavření cyklu • Sterická zábrana (obsazení o-polohy v aromatickém kruhu, zavedení objemných substituentů do α-polohy Konformace (topoisomerie, folding) bílkovin