C7188  Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   MOLEKULÁRNÍ   FARMAKOLOGIE  I   Ondřej  Slabý,  Ph.D.   Masarykův  onkologický  ústav   CEITEC   Lékařská  fakulta  Masarykovy  univerzity   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    2   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Příklady  z  historie  a  základní  pojmy  farmakologie   1897  Felix  Hoffmann,  chemik,  který  pracoval  pro  německou  firmu  Bayer,   vyrobil  derivát  kyseliny  salicylové  esterifikací  jedné  hydroxyskupiny.     Rozvoj  farmakologie   1964  dvojí  účinek  adrenalinu   beta-­‐blokátory  –     propranolol  –  James  W.  Black     1975  antagonista     H2-­‐receptoru  –  cime[din     James  W.  Black   1988  –  Nobelova  cena         THALIDOMIDOVÁ  TRAGÉDIE   1951-­‐56  (10bs  děd)   Ne  v  USA     Náhoda  ve  vývoji  léčiv   penicilin,  chlorpromazin,  viagra   NCE,  me  too  drugs,  generika   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana  3   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Definice   „farmakologie  je  věda  zabývající  se  interakcí  chemické  látky   (léčiva)  s  živým  organismem“         FARMAKOKINETIKA  →  řecky  farmakon  =  lék,  řecky  kinein  =  pohybovat   zkoumá  osud  léku  v  organismu  (působení  organismu  na  lék),  tj.  vstřebávání   (absorce),  rozdělování  v  jednotlivých  tkáních  (distribuce),  přeměnu  na  účinné  a/ nebo  neúčinné  látky  (biotransformace/metabolismus)  a  vylučování  (eliminace)  -­‐ ADME.     FARMAKODYNAMIKA  →  řecky  farmakon  =  lék,  řecky  dynamis  =  síla,   zabývá  se  účinkem  a  mechanizmem  účinku  léčiv  i  nežádoucích   organismus   léčivo   farmakodynamika   farmakokine[ka   Příklady  z  historie  a  základní  pojmy  farmakologie   Příklady  z  historie  a  základní  pojmy  farmakologie   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana  4   ©  Ondřej  Slabý,  2009  ©  Ondřej  Slabý,  2009   Dávka podaného léčiva F A R M A K O K I N E T I K A F A R M A K O D Y N A M I K A DISTRIBUCE BIOLOGICKÁ DOSTUPNOST Léčivo distribuované v tkáních Léčivo metabolizované nebo vyloučené Koncentrace léčiva v systémové regulaci Koncentrace v místě účinku CLEARANCE Toxicita DISTRIBUCE Klinická odpověď Farmakologický účinek Účinnost Mechanismus  působení  (acbon)  léčiv   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana  5   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Farmakokinebka   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana  6   ©  Ondřej  Slabý,  2009   7   Strana  3   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Absorpce  -­‐  průnik  rozpuštěného  léčiva  z  místa   podání  do  krve  –  nutná  pro  celkový  účinek  -­‐   systémový   enterální  (do  trávicího  ústrojí):      per  os  (ústy)    per  rectum  (do  konečníku)    parenterální  (s  obejikm  střeva):          intravenózní  -­‐  i.v.          intraarteriální  -­‐  i.a.      intramuskulární  -­‐  i.m.      subkutánní  -­‐  s.c.      sublinguální          na  kůži      na  nosní  sliznici      inhalační   Farmakokinebka   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    8   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Farmakokinebka   Účinek  nastupuje  do  30  minut.   modifikující  faktory:   ·∙  pH  žaludku,  enterosolventní  obal   ·∙  současně  požitá  strava   ·∙  mo[lita  GIT   ·∙  stav  GIT—žaludeční  kyselina,     žlučové  kyseliny,       pankreabcké  a  střevní  šťávy   ·∙  stav  jater  -­‐  městnání  ve  v.  portae     efekt  prvního  průchodu  –     desintegrace,  desagregace,  disoluce   Enterální  podání   účinek  nastupuje  do  15  minut   jak  pro  místní  účinek,  tak  pro  systémový   léková  forma  nesmí  dráždit  sliznici  rekta,     Per  rectum  (čípky)   Intravenózní  (i.v.)  -­‐  injekce,  infúze   účinek  nastupuje  do  1-­‐2  minut   -­‐  znamená,  že  se  téměř  ihned  všechno  podané   léčivo  dostává  do  žilního  a  vzápěk  rychle  i  do   tepenného  krevního  oběhu  -­‐  odpadá  fáze   absorpce   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   ©  Ondřej  Slabý,  2009  Strana  9   průnik  léčiva  s  krve  do  tkání  je  dynamický  děj:                rychlost  -­‐    která  závisí  na  vazbě,      průniku  přes  biomembránu,  průtoku  orgánem                  stav  -­‐  distribuční  rovnováha,  kdy  se  vyrovnají        podíly  volných  frakcí  léčiva  v  plazmě  a  ve  tkáních   Distribuční  objem-­‐Vd  –  hypote[cký  poměr  mezi  množstvím      léčiva  v  organizmu  a  dosaženou  plazma[ckou      koncentrací   Distribuce     Farmakokinebka   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana  10   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Eliminace  léčiv  z  organismu   Biotransformace  -­‐  metabolismus   Procesy  probíhající  převážně  v  játrech,  ale  i  v  ledvinách  a  jiných  tkáních  těla.   Enzymabcké  procesy    biodegradace    bioakbvace  (prodrug)                                                                              enalapril-­‐enalaprilát                                                                              kodein-­‐morfin   1.  Fáze:  oxidace,  hydrolýza  –   je  zachována  určitá  liposolubilita   2.  Fáze:  konjugace  –     látky  se  stávají  rozpustné  ve  vodě.   Farmakokinebka   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    11   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Reakce  I.  fáze    (tab.  A)  představují  oxidaci  za  přítomnos[  CYP450,    redukci  a  hydrolýzu  aj.,   nebo  jsou  na  CYP450  nezávislé.  Molekula  látky  se  zmenšuje.       Reakce  II.  fáze  (tab.  B)  jsou  děje  vedoucí  ke  konjugaci  molekuly  léčiva  s  kyselinou   glukuronovou,  sírovou,  acetátem,  gluta[onem  aj.  S  výjimkou  acetátů  vznikají  polární   metabolity,  tj.  rozpustné  ve  vodě,  které  se  snadno  vylučují  zejména  glomerulární  filtrací.   Některé  z  nich  (např.  glukuronidy)  se  navíc  sekretují  do  moče  ak[vním  transportem   ledvinnými  tubuly.  Molekula  látky  se  zvětšuje.     A.  reakce  I.  fáze   Typické  substráty   Oxidace  dependentní  na  CYP450       Hydroxylace   Barbituráty,  amfetaminy,  fenytoin   N-­‐dealkylace   Morfin,  kofein,  teofylin   O-­‐dealkylace   kodein   N-­‐oxidace   Acetaminofen,  niko[n   S-­‐oxidace   Tioridazin,  cime[din,   chlorpromazin   Deaminace   diazepam   Oxidace  nedependentní  na   CYP450       Oxidace  aminů   adrenalin   Dehydrogenace   etanol   Redukce   Chloramfenikol,  naloxon,  dantrolen   Hydrolýza:       hydrolýza  esterů     Prokain,  acylpyrin,  klofibrát   hydrolýza  amidů   Prokainamid,  lidokain,  indometacin   B.  reakce  II.  fáze   Typické  substráty   Glukuronidace   Acetaminofen,  morfin,  diazepam,  digitoxin   Acetylace   Sulfonamidy,  izoniazid,  klonazepam   Konjugace  s  gluta[onem   kyselina  etakrynová   Konjugace  s  glycinem   kyselina  salicylová   Konjugace  s  kyselinou  sírovou   metyldopa,  acetaminofen   Metylace   adrenalin,  noradrenalin,  dopamin   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    12   Farmakodynamika  -­‐  Mechanismy  působení  léčiv   I.  Nespecifické,  fyzikálně  chemické  působení  léčiv   II.  Specifické  působení  léčiv   §  cílové  struktury  specifického  působení   1.  receptory   2.  iontové  kanály   3.  enzymy   4.  transportní  (přenašečové;  kariérové)  systémy   5.  jiné  struktury   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    13   ©  Ondřej  Slabý,  2009     Nespecifické,  fyzikálně-­‐chemické  působení  léčiv   Látky  působící  osmobckými  vlastnostmi   -­‐  působí  tak  látky  samy  neprostupující  přes  buněčné  membrány,  které  jsou  však   prostupné  pro  vodu  (mannitol)   Látky  ovlivňující  acidobazickou  rovnováhu   -­‐  příkladem  mohou  být  antacida,  látky  měnící  pH  moče  (např.  acidifikující  sůl  –   chlorid  amonný  -­‐  při  otravě  amfetaminy)   Látky  působící  oxido  -­‐  redukčními  vl.   -­‐  některá  desinficiencia  (např.  peroxid  vodíku)  působí  jako  oxidující  látka,   methylenová  modř  se  pro  své  redukující  schopnos[  používá  k  léčbě   methemoglobinémie,  expektorancia  typu  N-­‐acetylcysteinu  působí  redukci   disulfidických  můstků  glykoproteinů  hlenu   Adsorbencia    typickým  příkladem  látky  s  velkým  povrchem  vázajícím  (adsorbujícím)  jiné  látky,    toxiny,  apod.  je  adsorpční  (živočišné;  ak[vní)  uhlí   Surfaktanty,  detergenba    ovlivňují  povrchové  napěk  membrán  buněk,  používají  se  jako  desinficiencia  a    an[sep[ka  (mýdla,  benzyldodecinium  bromid,  carbethopendecinium  bromid  aj.)     Farmakodynamika         Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    15   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Specifické  působení  léčiv   působení  naprosté  většiny  léčiv  není  založeno  pouze  na  jejich   fyzikálně-­‐chemických  vlastnostech     →  je  podmíněno  schopnosk  vázat  se  specificky  na  určitou   makromolekulární  strukturu  tkání;  tyto  struktury  „rozpoznávají“   molekuly  léčiv  s  přísně  určeným  chemickým  uspořádáním,   včetně  prostorové  konfigurace     →  stereospecifické  působení   Farmakodynamika   Strana    16   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Klasické  cílové  struktury  specifického  působení  léčiv   1.  receptory   2.  iontové  kanály   3.  enzymy   4.  transportní   (přenašečové;   kariérové)  systémy   5.  jiné  struktury   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    17   ©  Ondřej  Slabý,  2009   1.  Receptory   Receptory  jsou  buněčné  makromolekuly,  které  jsou  spojeny  přímo  a  specificky  s   přenosem  chemického  signálu  uvnitř  a  mezi  buňkami;  spojení  hormonu,   neurotransmiteru,  léčiva  či  druhého  posla  („messenger“)  s  příslušným   receptorem  vede  ke  změně  buněčné  funkce   Kód   Třída   1.0.   receptory  spojené  s   iontovými  kanály   2.0.   receptory  spjaté  s   G-­‐proteiny   3.0.   receptory  s   enzymovou   ak[vitou   4.0.   receptory  regulující   transkripci   Tabulka zobrazuje základní třídy receptorů Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    18   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Receptory  spřažené  s  iontovými  kanály  (ionotropní  receptory)   •  typické  pro  rychle  působící  neurotransmitery:  (excitační  –  niko[nové,   glutamátové  rec.,  inhibiční  GABAA  rec.)   •  rychlá  odpověď  (řádově  ms)   •  jiné  příklady:  5-­‐HT3  rec.  →  antagonisté  →  an[eme[ka  (ondansetron,   granisetron)  →  blok  5-­‐HT3;  receptory  pro  glycin  podobné  GABAA  rec.     Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    19   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Receptory  spjaté  s  G-­‐proteiny  (metabotropní)   •  název  odvozen  od  skutečnos[,  že   váží  GDP  nebo  GTP   •  funkce  G-­‐proteinů   •  tři  základní  typy  G-­‐proteinů:   §  Gs:  systém  adenylátcykláza/ cAMP   §  Gq:  systém  fosfolipáza  C                            /inositolfosfa[dy   §  Gi:  systém  iontových  kanálů   Gs   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    20   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Gq   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    21   ©  Ondřej  Slabý,  2009   příklady  Gs     •  β-­‐adrenergní     •  podskupina  D1  dopaminových  receptorů  -­‐    zahrnuje  D1  a  D5   •  histaminové  H2  receptory  (žaludeční  sliznice,  srdce,  hladký  cévní  sval)   •  odpověď  se  dostavuje  řádově  v  sec  (plak  pro  G-­‐proteinové  receptory  obecně)   příklady  Gq   •  α1-­‐adrenergní  receptory   •  některé  metabotropní  receptory  excitační  aminokyseliny  glutamátu  →  spojeny  s   tvorbou  IP3  →  a  excesivním  uvolněním  vápníku,  což  může  přispívat  k  excitotoxicitě   Glu  (=  navození  neuronální  smr[)   •  histaminové  H1  receptory  (hladké  svaly  bronchů,  střeva,  endotelové  buňky)→   vasodilatace,  ↓  TK,  ↑permeability  cév,  edém   příklady  Gi   • muskarinové  receptory  Ach  v  srdci  (M2),  opioidní  receptory  (μ-­‐rec.)   • podskupina  D2  receptorů  –  zahrnuje  D2,  D3  a  D4  rec.;  tato  podskupina   zprostředkovává  známé  účinky  DA  (agonisté  –  dopamin,  apomorfin,  bromocrip[n;   antagonisté  –  neurolep[ka),  cannabinoidní  receptory  CB1  a  CB2   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    24   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Receptory  spojené  s  enzymovou  akbvitou   •  jsou  spojeny  s  tyrozinkinázovou  akbvitou   •  Především  receptory  pro  růstové  faktory,  interleukiny,  insulin  aj.,     •  receptor  pro  atriální  natriure[cký  pep[d  (ANP)    je  spřažen  s    guanylátcyklásovou     ak[vitou   •  odpověď  řádově  v  min   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    25   Receptory  regulující  transkripci  (jaderné  receptory)   Receptory  regulující  transkripci  →  lokalizovány  v  buněčném  jádře,  případně  v   cytosolu     účinky  se  plně  rozvíjí  během  hodin  až  několika  dnů  (nutná  syntéza  proteinů)                      Dvě  podtřídy:   §  podtřída  nesterodiních  receptorů      (např.  receptory  pro  hormony  šktné  žlázy,  vitamin  D,  kyselina  re[nova)   §  podtřída  receptorů  steroidních     §  (např.  rec.  pro  hydrokor[son,  testosteron,  aldosteron,  aj.)     Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   ©  Ondřej  Slabý,  2009  Strana  26   Receptory  regulující  transkripci  (jaderné  receptory)   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   ©  Ondřej  Slabý,  2009  Strana  27   ©  Ondřej  Slabý,  2009   2.  Iontové  kanály   Například  lokální  aneste[ka  blokují  sodíkové  kanály  membrán  neuronů     (i  kardiomyocytů)  a  km  blokují  šíření  AP  (benzokain  –  vně,  lidokain,  tetrakain  ad.  –   blok  zevnitř)     Blokátory  vápníkových  kanálů  snižují  vstup  vápenatých  iontů  do  hladkého  svalu   (především  cévního)  a  do  kardiomyocytů  →  vasodilatace)     Blokátory  draslíkových  kanálů     (deriváty  sulfonylmočoviny,     megli[nidy,  flupir[n  –  s   elec[ve  neuronal  potassium     channel  opener)     Strana    28   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   3.  Enzymy   obvykle  kompe00vní  inhibitory  enzymů:   §  reversibilní:   w  acetylcholinesteráza  –  fyzos[gmin   w  fosfodiesteráza  –  methylxan[ny   w  inhibitory  5α  reduktázy  -­‐  finasterid   §  irreversibilní:   w  acetylcholinesteráza  –  organofosfáty   w  cyklooxygenáza  –  ASA,  nesteroidni  an[flogis[ka      a  kor[koidy   w  MAO-­‐B  –  selegilin   w  aldehyddehydrogenasa  –  disulfiram   některé  látky  působí  jako  tzv.  falešné  substráty:   §  dopa-­‐dekarboxyláza  –  methyldopa   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    29   ©  Ondřej  Slabý,  2009   4.  Transportní  (přenašečové)  systémy  („carriers“)   membrány  různých  buněk  jsou  vybaveny   specializovanými  proteinovými   molekulami  schopnými  transportovat   přes  lipoidní  membránu  ionty  či   hydrofilní  molekuly     transportní  systémy  jako  cílová  místa   působení  léčiv  jsou  shrnuty  v  tabulce   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    30   ©  Ondřej  Slabý,  2009   5.  Další  struktury   •  tubulin  je  místem  působení  kolchicinu   •  DNA  je  přímo  poškozována  alkylujícími  cytosta[ky,  radiomime[ky;  podobně   působí  i  některá  an[bio[ka  (nitrofurantoin)   •  používáme  nejrůznější  enzymy  (asparagináza  →  blokáda  proliferace  nádorových   buněk,  deoxyribonukleasa  →  štěpí  mimobuněčnou  DNA  u  pacientů  s  cys[ckou   fibrózou)     Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    31   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Vývoj  nových  léčiv   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    32   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Vývoj  nových  léčiv   Research  based  pharmaceubcal  companies,  on  average,  spend   about  20%  of  their  sales  on  research  and  development  (R&D).       This  percentage  is  significantly  higher  than  in  most  other   industries,  including  electronics,  aerospace,  automobiles,  and   computers.       Since  1980  US  pharmaceubcal  companies  have  pracbcally  doubled   spending  on  R&D  every  5  yrs     Despite  these  enormous  expenditures,  there  has  been  a  steady   decline  in  the  number  of  drugs  introduced  each  year  into  human   therapy.   70-­‐100  in  the  60s   60-­‐70  in  the  70s   ~50  in  the  80s   ~40  in  the  90s     Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    33   ©  Ondřej  Slabý,  2009   “Innovabon  Deficit”  -­‐  coined  in  1996  by  Jurgen  Drews,  president  of  research  at   Hoffmann-­‐LaRoche.   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    34   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Reasons  for  the  innovabon  deficit:     a)  increased  demand  on  safety  for  drugs.   -­‐  the  average  number  of  clinical  trials  per  new  drug  applicabon   (NDA)  increased  from  30  in  the  70s  to  40  in  the  80s,  to  70  in  the   90s.     -­‐  the  increased  demand  on  safety  is  also  reflected  in  a  prolonged   durabon  of  the  drug  development  process.   In  the  60s,  total  development  bme  was  8.1  yrs   In  the  70s,  total  development  bme  was  11.8  yrs   In  the  80s,  total  development  bme  was  14.2  yrs   In  the  90s,  total  development  bme  was  14.9  yrs   Currently,  total  development  bme  is  ~16  yrs     b)  “low  hanging  fruit”  have  been  picked.   90%  of  all  drug  development  candidates  fail  to  make  it  to  market.   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Strana    35   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    34   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Důsledky  inovací  ve  vývoji  léčiv   Vývoj  nových  léčiv   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    35   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    35   ©  Ondřej  Slabý,  2009   A  new  drug  today  costs  ~$880  million  and  takes  ~15-­‐16  yrs  to  develop.   Allocabon     of  R&D  funds   Allocabon  of  R&D  bme   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    36   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   The  idenbficabon  of  new,  clinically  relevant,  molecular  targets   is  of  utmost  importance  to  the  discovery  of  innovabve  drugs.     It  has  been  esbmated  that  up  to  10  genes  contribute  to  mulbfactoral  diseases.   Science  287:1960-­‐1964  (2000)     •  Typically  these  “disease  genes”  are  linked  to  another  5  to  10  gene  products  in   physiological  circuits  which  are  also  suitable  for  pharmaceubcal  intervenbon.   •  If  these  numbers  are  mulbplied  with  the  number  of  diseases  that  pose  a  major   medical  problem  in  the  industrial  world,  then  there  are  ~5000  to  10000  potenbal   drug  targets.   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    37   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   •  Current  therapy  is  based  upon  less  than  500  molecular  targets   45%  of  which  are  G-­‐protein  coupled  receptors   28%  are  enzymes   11%  are  hormones  and  factors   5%  ion  channels   2%  nuclear  receptors   •  Therefore,  many  more  drug  targets  exist!  How  to  idenbfy  them?   •  Besides  classical  methods  of  cellular  and  molecular  biology,  new   techniques  of  target  idenbficabon  are  becoming  increasingly   important.  These  include:   GENOMIKA,  PROTEOMIKA,  BIOINFORMATIKA   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    38   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Involves  demonstrabng  the  relevance  of  the  target  protein  in  a   disease  process/pathogenicity  and  ideally  requires  both  gain  and   loss  of  funcbon  studies.     This  is  accomplished  primarily  with  knock-­‐out  or  knock-­‐in  animal   models,  small  molecule  inhibitors/agonists/antagonists,  anbsense   nucleic  acid  constructs,  ribozymes,  and  neutralizing  anbbodies.     Since  strong  interacbons  between  a  protein  and  its  ligand  are   characterized  by  a  high  degree  of  complementarity,  knowledge  of   the  protein  three  dimensional  structure  will  enable  the  predicbon  of   “druggability”  of  the  protein.   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    39   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    40   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Compounds  are  idenbfied  which  interact  with  the  target  protein   and  modulate  its  acbvity.   •  Compounds  are  mainly  idenbfied  using  random  (screening)  or   rabonal  (design)  approaches.   High  throughput  screening  (HTS)   Used  to  test  large  numbers  of  compounds  for  their  ability  to  affect   the  acbvity  of  target  proteins.   •  Natural  product  and  synthebc  compound  libraries  with  millions   of  compounds  are  screened  using  a  test  assay.   (nové  chemické/  molekulární  látky,  NEW  CHEMICAL/MOLECULAR  ENTITY,  NCE/NME)   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    41   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Vysoceúčinný  screening  –  High  throughput  screening  (HTS)   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Racionální  design  léčiv   Three  dimensional  structures  of  compounds   from  virtual  or   physically  exisbng  libraries  are  docked  into   binding  sites  of   target  proteins  with  known  or  predicted   structure.   •  Scoring  funcbons  evaluate  the  steric  and   electrostabc   complementarity  between  compounds  and   the  target  protein.   •  The  highest  ranked  compounds  are  then   suggested  for   biological  tesbng.   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    42   ©  Ondřej  Slabý,  2009     Once  hits  (compounds  that  elicit  a  posibve  response  in  an  assay)   have  been  idenbfied  via  the  screening  approach,  these  are  validated   by  re-­‐tesbng  them  and  checking  the  purity  and  structure  of  the  compounds.     Only  if  the  hits  fulfill  certain  criteria  are  they  regarded  as  leads.  The  criteria  can  originate  from:   1)  Pharmacodynamic  properbes  -­‐  efficacy,  potency,  selecbvity   2)  Physiochemical  properbes  -­‐  water  solubility,  chemical   stability,  Lipinski’s  “rule-­‐of-­‐five”.   3)  Pharmacokinebc  properbes  -­‐  metabolic  stability  and   toxological  aspects.   4)  Chemical  opbmizabon  potenbal  -­‐  ease  of  chemical  synthesis   and  derivabzabon.   5)  Patentability   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    43   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    44   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Molecules  are  chemically  modified  and  subsequently  characterized   in  order  to  obtain  compounds  with  suitable  properbes  to  become  a   drug.   Leads  are  characterized  with     respect  to  pharmacodynamic   properbes  such  as  efficacy  and     potency  in  vitro  and  in  vivo,   physiochemical  properbes,     pharmacokinebc  properbes,  and   toxicological  aspects.   Potency  refers  to  the  amount  of  drug  required  for  its  specific  effect   to  occur;  it  is  measured  simply  as  the  inverse  of  the  EC50  for  that   drug.   Efficacy  measures  the  maximum  strength  of  the  effect  itself,  at   saturabng  drug  concentrabons.   Drug  discovery  process  –  vývoj  nového  léčiva   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    45   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Preclinical  studies  involve  in  vitro  studies  and  trials  on  animal   populabons.     Wide  ranging  dosages  of  the  compounds  are  introduced  to  the   cell  line  or  animal  in  order  to  obtain  preliminary  efficacy  and   pharmacokinebc  informabon.   Úvod  do  klinických  studií  -­‐  příště   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    46   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Molekulární  farmakologie  II  –  principy  biologické  léčby  –  monoklonální  pro[látky  –   příprava  monoklonálních  pro[látek  a  rekombinantních  proteinů,  nízkomolekulární   inhibitory  –  racionální  design  léčiv,  siRNA,  mikroRNA  –  tlumení  genové  exprese  na  post-­‐ transkripční  úrovni,  transport  léčiv  (lipozomy,  imunoglobuliny,  nanočás[ce  a   supramolekulární  systémy)     Náplň  příšd  přednášky   Take  home   Základní  pojmy  ve  farmakologii   Farmakokine[ka   Farmakodynamika  -­‐  nespecifické,  fyzikálně  chemické  působení  léčiv   Farmakodynamika  -­‐  specifické  působení  léčiv     Farmakodynamika  -­‐  receptory   Receptory  spojené  s  G  proteiny   Receptory  spojené  s  iontovými  kanály   Receptory  s  enzymovou  ak[vitou   Jaderné  receptory   Farmakodynamika  –  iontové  kanály,  enzymy,  a  další   Vývoj  nových  léčiv  –  přehled   Vývoj  nových  léčiv  –  iden[fikace  nových  terapeu[ckých  cílů   Vývoj  nových  léčiv  –  iden[fikace  nových  chemických/molekulárních  sloučenin,  jejich  op[malizace    a  preklinické  zkoušení     Strana    47   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12   Strana    37   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Dotazy?   Úvod  do  molekulární  medicíny  7/12