viernes, 30 de enero de 2015

Enfermedades autoinmunes, alergias y autismo. Terapias biológicas con parásitos


Este artículo de revisión ha sido publicado por la revista científica Ars Pharmaceutica. A continuación se indica la cita bibliográfica correspondiente al mismo. Puede descargarse el artículo en pdf pulsando sobre el link de la cita y accediendo al número correspondiente de la revista.

This review article has been published by scientific magazine Ars Pharmaceutica. At follows is included the bibliographic citation. The article can be downloaded in pdf format by clicking over the citation link and by browsing to the magazine number 56(2). 

Iñigo Pallardo Fernández. Enfermedades Autoinmunes, tratamiento con Trichuris suis y otros helmintos. Ars Pharm. 2015; 56(2): 65-75. 

Se puede acceder directamente al documento a través del siguiente enlace. You can access directly by clicking the following link:



RESUMEN DE LA PUBLICACIÓN


Objetivos. La “Hipótesis de la Higiene” postula sobre los efectos inmunomoduladores inducidos por agentes infecciosos en los seres humanos. El objetivo principal de este trabajo es indagar sobre las evidencias de esa hipótesis y sobre sus aplicaciones en el campo del tratamiento de las enfermedades autoinmunes, haciendo especial hincapié tanto en los mecanismos de acción en los que se basan estas aplicaciones como en los resultados reales obtenidos. Además analizará la posible evolución de estas terapias, especialmente a la sombra de las controversias éticas que surgen de la aplicación de estos tratamientos en relación a si es lícito causar una infección para curar otra patología, como es el caso que nos ocupa.

Resultados. Actualmente existen resultados prometedores de ensayos clínicos sobre terapias helmínticas aplicadas al tratamiento de enfermedades autoinmunes como son la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa, resumidos en el apartado de resultados de este artículo.

Igualmente prometedora es la gran variedad de ensayos clínicos que actualmente están en curso sobre la aplicación de la terapia helmíntica al tratamiento de diversas patologías en las que está involucrado el sistema inmunológico, como son: asma, rinitis alérgica, artritis reumatoide, esclerosis múltiple, diabetes Mellitus tipo I, encefalomielitis autoinmune, obesidad, autismo, etc que han llevado a identificar cuáles son los parásitos indicados en el tratamiento de este amplio espectro de enfermedades.

Sin embargo es necesario indicar que no todos los helmintos son inmunorreguladores y, por lo tanto útiles en el tratamiento de estas enfermedades y que, los que lo son, no son útiles en el tratamiento de todas las enfermedades de origen inmunológico sino que presentan una marcada especificidad. Es más, la utilidad de éstos presenta una variabilidad importante, no sólo dependiente de la enfermedad de origen inmunológico a tratar, sino también de las condiciones del paciente. Es por ello que actualmente no existen terapias helmínticas aprobadas por las principales agencias del medicamento; aún quedan muchos aspectos por desvelar, lo que hace que la hipótesis de la higiene no haya pasado de ser una hipótesis. Sin embargo lo prometedor de estas terapias ha traído consigo la autorización de algunas de ellas como “productos en fase de investigación clínica”.


Conclusiones. Es necesario seguir investigando sobre las terapias helmínticas. Además es especialmente prometedor el empleo de productos solubles de parásitos en el tratamiento de estas enfermedades en lugar de la infección helmíntica e incluso, el diseño de análogos sintéticos que sean más efectivos y presenten menos riesgos. La utilización de este último tipo de productos traerá consigo un aumento en el número de ensayos clínicos, justificados por las facilidades de patente de éstos frente a la utilización directa de estados de los parásitos. Sin embargo todavía es necesaria más investigación para conocer las biomoléculas presentes en los parásitos que son responsables de su efecto terapéutico.


lunes, 12 de enero de 2015

Kinasas, factores de crecimiento y nuevos antitumorales. El caso de nintedanib.

Protejamos la investigación e innovación farmacéutica. 
Nos permite cosas tan importantes como curarnos, vivir mejor, 
conocernos, aprender y progresar. 
(proverbio plutoniano anónimo)

Introducción

Tras publicar el pasado 01/01/2015 un artículo sobre paclitaxel y docetaxel (1), paso a revisar en esta ocasión un fármaco que acaba de ser indicado el 08/01/2015 por la Agencia Europea del Medicamento (EMA), bajo el nombre comercial de Vargatef® (nintedanib), como tratamiento de segunda línea para el cáncer de pulmón no microcítico, precisamente en terapia conjunta con docetaxel (2). Este fármaco también se utiliza en el tratamiento de enfermedades tan graves como son la fibrosis pulmonar idiopática, aprobado el 15/10/2014 por la FDA como Ofev® (6;9), y el hepatocarcinoma celular, actualmente en investigación su tratamiento con nintedanib (5). 

Nintedanib (BIBF 1120 en los EE.CC) pertenece a un grupo muy amplio de fármacos inhibidores de kinasas, que están resultando enormemente prometedores en el tratamiento de numerosas enfermedades: fibrosis pulmonar idiopática (6;9), glaucoma (ver mi tuit para más detalle),  diversos tipos de tumores, etc.

Las kinasas son enzimas clave que actúan en multitud de procesos de transducción y señalización celular. Mediante la transferencia de grupos fosfato procedentes del ATP a otras macromoléculas que son sus sustratos, las kinasas producen la activación de las mismas para que éstas, a su vez, ejecuten acciones sobre otros sustratos; muchas veces estas acciones subsiguientes también son de tipo kinasa. De este modo se conforman auténticas cascadas de señalización celular, cuyo efecto final se traduce en diferentes respuestas fisiológicas y bioquímicas.

En general, el proceso de activación de macromoléculas dependiente de kinasas, deriva del hecho de que la adición de grupos fosfato a esos sustratos, produce cambios conformacionales en su estructura molecular que descubren sitios activos de la misma, lo que desencadena subsiguientes acciones enzimáticas que, en muchas ocasiones, son también acciones tipo kinasa. La fosforilación procedente de las kinasas normalmente se produce en residuos aminoacídicos Ser, Thr y Tyr de sus macromoléculas sustrato.

En el caso que nos ocupa, son de destacar los procesos de transducción asociados a receptores de factores de crecimiento, que presentan actividad enzimática intrínseca tipo kinasa, y cuyo funcionamiento defectuoso está implicado en la aparición de numerosos tipos de cáncer, ya que sus cascadas de transducción están relacionadas con la activación de factores de transcripción de efecto mitógeno, hiperplásico y de diferenciación celular. De este tema nos ocuparemos más adelante en este artículo. Igualmente, sustancias que producen un funcionamiento defectuoso de kinasas, son potentes agentes carcinógenos, como es el caso de los ésteres de forbol presentes en especies de las familias Euphorbiacaeae Thymelaeaceae, que son potentes estimuladores de la kinasa PKC (7). Igualmente, defectos genéticos en kinasas, como es el caso de la BCR-ABL, son un factor de riesgo en la aparición de tumores que, en el caso BCR-ABL, consisten en diferentes tipos de leucemias (10;11).

En este artículo me centraré en la utilización de Vargatef® (nintedanib) en el tratamiento de los tipos avanzados, refractarios y/o metastásicos de carcinoma de pulmón no microcítico, tal y como se ha indicado por la EMA (2).

Empleo de Vargatef® en carcinoma de pulmón

En el caso que nos ocupa destacan los receptores de factores de crecimiento que, además de esta función, presentan actividad intrínseca enzimática de tipo tirosina-kinasa, que se pone de manifiesto al unirse al factor de crecimiento correspondiente. Entre estos receptores, destacan los de los siguientes factores de crecimiento: EGF (factor de crecimiento epidérmico), FGF (factor de crecimiento de los fibroblastos), VEGF (factor de crecimiento del endotelio vascular) y PDGF (factor de crecimiento derivado de las plaquetas).

Los receptores de estos factores de crecimiento son proteínas integrales de membrana celular, que la atraviesan, presentando dominios extracelular, intracelular y transmembrana, con diversas funciones entre las que destacan:
  • Dominio extracelular: unión al factor de crecimiento, que estimula la actividad kinasa del dominio intracelular a través de diferentes mecanismos.
  • Dominio transmembrana: fijación del receptor a la membrana lipídica.
  • Dominio intracelular, que es una enzima tirosina-kinasa que lanza diversas cascadas de señalización celular tras unirse al factor de crecimiento a través del dominio extracelular. Muchas de estas cascadas, con efectos hiperplásicos, mitógenos y de diferenciación celular.
Como quiera que en muchos procesos tumorales existe una actividad excesiva de estas kinasas, bien debida a una sobreexpresión de las mismas, bien a un exceso de estimulación por sus ligandos extracelulares (factores de crecimiento), o bien por una ausencia de control celular sobre la cascada de transducción que ellas mismas originan, la inhibición es una estrategia válida en la lucha con determinados tipos de cáncer de esta etiología.

Actualmente, el modo de inhibir el funcionamiento de estos receptores es, bien mediante anticuerpos monoclonales (especialidades -mab como bevacizumab), que bloquean el dominio extracelular evitando su unión a factores de crecimiento, bien mediante inhibidores del dominio enzimático tirosina-kinasa intracelular (especialidades -nib), que es el mecanismo de nintedanib. En este último caso la inhibición puede ser, bien mediante unión al sitio donde liga la molécula de ATP (caso de nintedanib), bien mediante unión alostérica, en otro sitio diferente al que liga el ATP, pero con efecto similar. Otras estrategias diferentes consisten en inhibir kinasas presentes en la cascada de transducción de la kinasa que tiene un funcionamiento defectuoso. La mayoría de las especialidades "-nib" están disponibles para administración oral.

Nintedanib inhibe las tres kinasas de los receptores de los factores de crecimiento VEGF, FGF y PDGF. Esto es importante porque, entre las funciones de estos receptores de factores de crecimiento, está la promoción de procesos angiogénicos por sendas vías. Tales procesos son vitales para el desarrollo de tumores sólidos, ya que el rápido crecimiento de los mismos hace necesario el aporte de gran cantidad de recursos (nutrientes, oxígeno, etc) a través de una red capilar bien desarrollada por medio de los mencionados procesos angiogénicos. De este modo, nintedanib no interrumpe directamente la neoplasia de células tumorales, como hace su compañero de indicación, docetaxel; por el contrario inhibe la diferenciación y crecimiento de células no tumorales que están asociadas con la génesis vascular necesaria para el mantenimiento del crecimiento del tumor sólido. (nota: en el tratamiento del hepatocarcinoma celular, actualmente en estudio, sí que actúa directamente sobre células tumorales como se comentará a continuación (5))

Por lo tanto nintedanib es un triple inhibidor de kinasas angiogénicas. Este hecho le confiere ventajas frente a otros agentes antiangiogénicos antitumorales como es sorafenib. Ello es debido al conocido proceso de creación de resistencias de las células tumorales frente a la quimioterapia, que hace que cuando se inhibe una vía de crecimiento tumoral, las células tumorales acaben utilizando vías alternativas por medio de mecanismos evolutivos. Es por ello que, en el tratamiento del cáncer, se utiliza la politerapia con el objetivo de reducir las probabilidades de generación evolutiva de vías alternativas a tantas inhibiciones simultáneas de crecimiento tumoral como se consiguen con la politerapia. En este sentido nintedanib actúa como un triple fármaco, inhibiendo simultáneamente tres vías de crecimiento angiogénico, en linea con las pautas de tratamiento tumoral indicadas. 

¿Cómo realiza nintedanib esta inhibición?. Las enzima kinasas actúan fosforilando sus sustratos mediante la utilización de un grupo fosfato de la molécula de ATP, que pasa a ADP en el proceso, y lo transfieren a los mencionados sustratos. Por ello las kinasas presentan un sitio activo al que liga la molécula de ATP. Nintedanib, igual que algunos otros inhibidores de kinasas, ocupa el lugar de la molécula de ATP en el sitio activo de la enzima. A continuación puede observarse el parecido estructural de ambas moléculas; mediante círculos se indican los grupos involucrados en enlaces por puentes de hidrógeno, con los que ambas se acomodan al sitio activo de la kinasa.  



ATP
nintedanib



Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). Se muestran las interacciones por puentes de hidrógeno con aminoácidos (Lys, Glu, Cys) del dominio tirosina-kinasa del receptor.  
Inhibir una kinasa diana mediante emulación de una molécula como es el ATP, que se introduce en el sitio activo de todas las kinasas, es una labor arriesgada puesto que ello puede traer consigo la inhibición de kinasas que no se desea, con la aparición de las correspondientes reacciones adversas del fármaco. Estas reacciones adversas son potencialmente peligrosas si se tiene en cuenta que las kinasas desempeñan funciones bioquímicas clave en multitud de procesos fisiológicos y que son muy numerosas. En este sentido, el grupo 6-metoxicarbonil sombreado en la figura siguiente es clave, ya que es lo que proporciona a nintedanib la selectividad de acción sobre VEGF, FGF y PDGF, entre la mayoría de las kinasas (4). 


Figura. Grupo responsable de la selectividad.


El por qué de esta selectividad puede entenderse a través de la imagen siguiente, en la que se puede apreciar el modo en que el grupo 6-metoxicarbonil se incluye dentro de un bolsillo hidrófobo presente en las kinasas diana, pero no presente o, presente con diferente geometría, en otras kinasas. 

Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). En verde se muestra la superficie de interacciones hidrófilas e hidrófobas en torno al fármaco en el sitio de unión.  

Hay que decir que, a pesar de la fuerte selectividad sobre las enzimas diana indicadas, se producen también, inevitablemente, efectos sobre otras kinasas. Entre estos efectos es de destacar el que se produce sobre otras kinasas no angiogénicas, y que justifica mecanismos antitumorales no basados en el bloqueo vascular del tumor, como en el caso que se está estudiando, sino en procesos que afectan directamente a las células tumorales, mecanismos actualmente en investigación para el tratamiento del carcinoma hepatocelular con nintedanib (3,5).

Además del grupo 6-metoxicarbonil y la indolinona implicada en los puentes de hidrógeno indicados anteriormente, también es clave la función del grupo anilino, debido a las interacciones hidrófobas de las que es sujeto (4) (ver siguiente figura).

Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). Se destacan las interacciones hidrófobas mediante líneas verdes discontínuas. Se indica mediante óvalo rojo el anillo aromático del grupo anilino.
Por lo tanto, podría considerarse el siguiente grupo como farmacóforo.


Figura. Grupo farmacóforo. Elaboración propia. 

A continuación se comentan las funciones de la cadena lateral situada en posición 4 del grupo anilino. No tiene por qué tener la estructura química presente en nintedanib, por ello no se  ha incluido en el grupo farmacóforo. Sin embargo debe de presentar ciertas características como son la hidrofilia (ver en la imagen siguiente su interacción con una zona hidrófila de la enzima). Además se postula que el nitrógeno terciario de la piperidina enlaza vía puentes de hidrógeno con un residuo de glutamato de la enzima (4). 
Figura. Cadena lateral.

Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). Se muestra la superficie de interacciones hidrófilas e hidrófobas en torno al fármaco en el sitio de unión. En marrón áreas hidrófobas, azul hidrófilas y en blanco neutras. Se enmarca en un óvalo rojo la interacción hidrófila de la cadena lateral indicada más arriba. 

Bibliografía


(1) Club Sanitario. "Descubrimiento de nuevos fármacos. El caso de paclitaxel". Club Sanitario 2014http://blog.farmazia.net/2015/01/descubrimiento-de-nuevos-farmacos-el.html

(2) European public assessment report  from EMA. "Vargatef. Nintedanib". EMA, 2015. http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_library/EPAR_-_Summary_for_the_public/human/002569/WC500179973.pdf

(3) Reck M. et Al. "Docetaxel plus nintedanib versus docetaxel plus placebo in patients with previously treated non-small-cell lung cancer (LUME-Lung 1): a phase 3, double-blind, randomised controlled trial". Lancet Oncol 2014; 15: 143–55.

(4) Roth G.J. et Al. "Design, Synthesis, and Evaluation of Indolinones as Triple Angiokinase Inhibitors and the Discovery of a Highly Specific 6-Methoxycarbonyl-Substituted Indolinone (BIBF 1120)". J. Med. Chem. 2009; 52, 4.466–4.480. 

(5) Wei-Tien Tai1, Chung-Wai Shiau , Yong-Shi Li, Chun-Wei Chang, Jui-Wen Huang, Ting-Ting Hsueh, Hui-Chuan Yu, Kuen-Feng Chen. "Nintedanib (BIBF-1120) inhibits hepatocellular carcinoma growth independent of angiokinase activity". Journal of Hepatology 2014; 61: 89–97. 

(6) "Boehringer Ingelheim Introduces OFEV (nintedanib) in U.S". Manufacturing Close - Up 2014 Oct 28.

(7) Goel G., Makkar H.P.S, Francis G. and Becker K. "Phorbol Esters: Structure, Biological Activity, and Toxicity in Animals". International Journal of Toxicology, 200726:279–288. 

(8) VU University Medical Center, Amsterdam. "5th International meeting on angiogenesis. Abstracts". Angiogenesis, 2014 17:711–777.

(9) Richeldi L. et Al. "Design of the INPULSIS trials: Two phase 3 trials of nintedanib in patients with idiopathic pulmonary fibrosis". Respiratory Medicine, 2014 108: 1.023-1.030.

(10) Ren R. "Mechanisms of BCR–ABL in the pathogenesis of chronic myelogenous leukaemia". Nature Publishing Group, 20055:172-183.

(11) Adrián F.J. et Al. "Allosteric inhibitors of Bcr-abl–dependent cell proliferation". Nature Chemical Biology, 2006; 2(2):95-102.

jueves, 1 de enero de 2015

Descubrimiento de nuevos fármacos. El caso de paclitaxel.

INTRODUCCIÓN

Esta vez un artículo diferente, para inaugurar 2015; no escribiré sobre medicamentos de tanta actualidad como en mis anteriores post, pero sí sobre algo que también es extraordinariamente interesante e importante para todos, como es el descubrimiento de nuevos fármacos, sin lo cuál no seríamos lo que somos. Para ilustrar el proceso voy a contar una historia, un caso de negocio, que muestra  fielmente la hoja de ruta que se sigue en el descubrimiento de nuevos fármacos: se trata del descubrimiento de paclitaxel (Taxol®), un antineoplásico muy utilizado en el tratamiento de algunos tumores sólidos como son: cáncer de mama, de ovario, de pulmón no microcítico, sarcoma de Kaposi, adenocarcinoma gástrico y neoplasias de células escamosas en cuello y cabeza, además de otras aplicaciones curiosas que también se explicarán más adelante.

Este es un artículo que me ha gustado mucho escribir, y no solo por mi interés en la fitoterapia y la botánica, sino porque además, después de 20 años trabajando en consultoría de inversiones y de negocio en diferentes sectores, el “descubrimiento de nuevos fármacos” es el proceso de negocio más apasionante de todos los que he visto: es de los únicos que instrumentaliza la suerte y la pone al servicio del ser humano.

En este artículo voy a tratar de responder a preguntas como las siguientes: ¿cómo hacen los laboratorios para descubrir nuevos fármacos? ¿Qué escollos suelen presentar las fuentes naturales de nuevos fármacos? ¿Qué se hace para saltar esas barreras?. Esto es, me voy a centrar en las fases de investigación más básica dentro de la invención de nuevos medicamentos, como son las fases de descubrimiento y diseño del fármaco, dejando fuera el desarrollo del medicamento. En el siguiente epígrafe se explicará el contenido teórico de cada una de estas fases para, a continuación, pasar a ilustrarlas con el caso de paclitaxel.

EL PROCESO DE INVENCIÓN DE NUEVOS MEDICAMENTOS

La cadena de valor en la invención de nuevos medicamentos comprende las etapas que se indican en la figura.
Taxonomía básica de la cadena de valor para la invención de nuevos medicamentos. En color oscuro, las que se tratarán en detalle en este artículo. Elaboración propia.

El DESCUBRIMIENTO de un nuevo fármaco para tratar una enfermedad no está basado, hoy por hoy, en el diseño ex novo para un propósito determinado, salvo en los casos de la mejora de la actividad de moléculas ya utilizadas como agentes terapéuticos. Por el contrario se basa en la selección de la base más amplia posible de sustancias susceptibles existentes para, a través de un proceso de prueba y error, finalizar en la identificación de un compuesto que interaccione con dianas relacionadas con la enfermedad. A este compuesto se le llama líder o cabeza de serie. a continuación se esbozará el proceso en más detalle.

Taxonomía del DESCUBRIMIENTO de nuevos fármacos. Elaboración propia
En general se parte de conocimientos y/o estudios fisiopatológicos y bioquímicos, para determinar cuáles son las dianas biomoleculares (receptores, enzimas, etc) relacionadas con el tratamiento de una enfermedad y cúal es el sentido en el que se debe de actuar sobre ellas, dentro del ámbito de la enfermedad y su tratamiento. Así por ejemplo en la miastenia gravis, una diana es la acetilcolinesterasa y el sentido en el que se ha de actuar sobre ella es el bloqueo, para aumentar la duración de la acetil-colina y compensar el bloqueo y degradación autoinmune de sus receptores. El problema así planteado, posibilita la definición de bioensayos sencillos, eficientes, rápidos y sensibles, que permitan comprobar si una sustancia que se está ensayando puede tener la actividad requerida.

Tras esto se elige un universo de sustancias a probar mediante el bioensayo, en un proceso que se denomina cribado, filtrado o screening. Cuanto más susceptibles sean estas sustancias, mejor; esto es, si conocemos grupos de sustancias que ejercen acciones sobre el sistema en el que se encuentran las dianas identificadas para tratar la enfermedad, éstas son las candidatas preferentes para el cribado. Sin embargo esto no siempre es así y, además, no hay que despreciar sustancias desconocidas que pudieran tener una acción más potente sobre las dianas identificadas para la enfermedad o sobre otras no identificadas.

Es por ello que el cribado, en muchas ocasiones, comprende numerosas especies pertenecientes a diferentes ámbitos. ¿Cuáles son los ámbitos en los que los programas de cribado buscan sus posibles candidatos a fármacos?.

1.- El reino vegetal, con sus numerosas especies, muchas de las cuales aún son desconocidas y, muchas otras que, aunque conocidas, no están investigadas desde el punto de vista farmacológico.
2.- El reino animal, más modesto en cuanto a especies pero no por ello menos interesante. A este reino debemos el descubrimiento de medicamentos como son los agonistas de GLP (dulaglutida, exenatida, etc), recientemente autorizados en el tratamiento de la diabetes mellitus tipo II y derivados de la saliva del Monstruo de Gila, o la epibatidina, agonista nicotínico en estudio para el desarrollo de analgésicos 250 veces más potente que la morfina, cuyo origen está en la rana Epipedobates tricolor.

Monstruo de Gila
3.- El reino mineral, que está destacando materiales tan interesantes como los fullerenos, estructuras especiales a base de carbono de reciente descubrimiento, que están demostrando utilidad tratamiento de enfermedades como son el cáncer, el VIH, determinadas infecciones, etc (10, 11, 12). 

Nanotubo de fullereno
4.- El reino cultural a través de la etnobotánica que, por medio de su empleo tradicional como medicamentos, ha identificado sustancias naturales que actúan sobre determinados sistemas fisiológicos y que, por lo tanto, pudieran ser útiles como punto de partida en el tratamiento de enfermedades cuyas dianas se han identificado dentro de esos sistemas fisiológicos.
5.- El reino de lo sintético, por medio de realizar variaciones fortuitas a miles de especies químicas conocidas que forman parte de las librerías de nuestro acervo molecular. Son estos los métodos de la “química combinatoria” y de la "síntesis paralela", en los que se trata de imitar los procesos evolutivos de la naturaleza en cuanto a la síntesis aleatoria de numerosas nuevas moléculas; pero naturalmente de un modo más rápido, utilizando robots que inducen las variaciones en la estructura química de las moléculas de partida de nuestras librerías, mediante reacciones aleatorias y ejecutan rápidamente los bioensayos predeterminados para juzgar si una sustancia resultante puede ser interesante. En caso afirmativo la "congelan" en sus bases de datos como sustancia líder para que esté disponible para los subsiguientes procesos de la cadena de valor de la invención de medicamentos.
Las técnicas que permiten la realización de procesos de bioensayo de un modo masivo sobre la gran cantidad de moléculas aleatoriamente generadas por la química combinatoria u otras fuentes similares, se denominan "high throughput screening" (HTS), y están basadas en tecnologías traídas de los campos de la robótica, la miniaturización y la bioinformática. Actualmente existen robots HTS que realizan al mismo tiempo varias decenas de bioensayos para miles de moléculas a cribar, con una cadencia impresionante; cada bioensayo en volúmenes de reacción del orden de nanolitros.

Como se ha podido ver, la suerte es extraordinariamente importante en este proceso, ya que es casi imposible formular a priori cual será la estructura química que dotará a un fármaco de determinadas propiedades terapéuticas. Sin embargo es posible hacer jugar a la suerte con nosotros, mediante un aumento de la exposición a la misma a través de la prueba y error de una amplia base de sustancias. Así, los laboratorios farmacéuticos innovadores tienen que dedicar enormes cantidades de recursos para poner a la suerte de su parte, buscando masivamente moléculas de utilidad en las vastas fuentes indicadas anteriormente. El hecho de que la suerte sea importante no resta profesionalidad ni mérito a este campo, ya que la selección de los universos de sustancias a utilizar requiere un profundo conocimiento y experiencia, así como también el establecimiento de condiciones de reacción en las metodologías de la "química combinatoria" y demás. Igualmente, el diseño de una metodología de bioensayo rápida, poco costosa, y estadísticamente adecuada, requiere un saber hacer y una experiencia, que es la base competitiva de algunos de los laboratorios que trabajan en el campo de la innovación. En definitiva, abrir los brazos a la suerte requiere una metodología y unos conocimientos muy precisos de lo que se está haciendo aunque, sin embargo, en el resultado final aquélla juegue un papel importante en forma de riesgo del negocio. Y es precisamente el riesgo de este negocio, mayor que el de la mayoría de los negocios, lo que caracteriza económicamente esta actividad: alto riesgo y alta inversión.

El resultado de esta fase de descubrimiento es la identificación de un “compuesto líder” que presenta utilidad pero que, en muchos casos: presenta poca actividad, presenta efectos nocivos o tóxicos, no se encuentra en suficiente cantidad en la naturaleza, etc. De la superación de estas y otras barreras se encargará la fase de DISEÑO. Para ello en esta fase se identificará el grupo farmacóforo del compuesto líder, o conjunto mínimo químico-estructural responsable de la acción terapéutica identificada. Este paso es clave ya que, una vez conocido el grupo farmacóforo, estaremos en condiciones de efectuar las alteraciones químicas a la molécula que sean necesarias para sortear las barreras identificadas, sin menoscabo de la actividad terapéutica o potenciando la misma. En la identificación del grupo farmacóforo se emplean diferentes técnicas como son: cristalización y análisis mediante rayos X del fármaco unido a su diana, simplificación química de la molécula y bioensayo, software de análisis en 3D, etc. Por otro lado, en el diseño molecular se suele recurrir a diferentes técnicas aplicadas sobre el farmacóforo como, por ejemplo, empleo de bioisósteros, adición de grupos aromáticos para diseñar inhibidores, técnicas QSAR para evaluar y mejorar la farmacocinética del fármaco en el acceso a sus dianas, etc.

Taxonomía del DISEÑO de nuevos fármacos. Elaboración propia

Como se indicó anteriormente, en este artículo me voy a centrar en las fases de descubrimiento y diseño de nuevos fármacos a través del caso de paclitaxel. El objetivo de estas fases es entregar a la siguiente fase un fármaco con actividad terapéutica frente a una patología determinada. Hasta aquí se habla de fármaco, molécula o principio activo; a continuación se dará a ésta la forma de medicamento, susceptible de ser administrado por alguna vía. El objetivo de la fase de DESARROLLO del medicamento, es llegar a la comercialización y explotación de un medicamento que vehicule el nuevo fármaco descubierto en las condiciones de seguridad, calidad y eficacia requeridas por la administración pública competente.

Taxonomía del DESARROLLO de nuevos medicamentos. Elaboración propia

Hay que decir que esta es la fase más costosa en tiempo e inversión de todas ellas, pero no por ello la más importante. Ver esquema adjunto.

Duración relativa y principales características de las fases de la invención de nuevos medicamentos. Se han considerado valores medios de varias publicaciones consultadas. Algunas de las fases tienen cierto solapamiento, que se ha obviado aquí por claridad expositiva. 

EL CASO DE PACLITAXEL

Por fin pasaremos a ver como se han materializado los procesos de descubrimiento y diseño de fármacos en el caso de paclitaxel.  


Compuesto líder


Su descubrimiento data de un programa de cribado llevado a cabo por el NCI, National Cancer Institute, en EEUU.

El resultado de este proceso ha sido un “compuesto líder”, que es un diterpeno presente en Taxus brevifolia, denominado paclitaxel. Se trata de un agente antineoplásico que actúa a través del bloqueo de la dinámica de los microtúbulos celulares. Los microtúbulos son estructuras rígidas y móviles que desempeñan en la célula numerosas funciones como son la forma celular, el transporte de vesículas a lo largo de la célula e, importante en este caso, la formación del huso mitótico que posibilita la división celular y, por lo tanto la proliferación.

Los microtúbulos son estructuras huecas constituidas por la elongación de un núcleo de la proteína γ-tubulina por medio de la unión de dímeros formados por la unión GTP-dependiente de las proteínas α-tubulina y β-tubulina. La dinámica microtubular exige la existencia de un equilibrio entre las estructuras microtubulares formadas por la polimerización de las proteínas indicadas y el "pool soluble" de las mismas en el citoplasma.

En general los fármacos que actúan sobre los microtúbulos se unen a un sitio específico en alguna de las proteínas indicadas, impidiendo la dinámica anteriormente indicada. En el caso de paclitaxel la unión es a la proteína β-tubulina desde el interior de los microtúbulos, impidiendo la despolimerización de las estructuras formadas y, por lo tanto, la formación de otras estructuras, al no disponerse de tubulinas en el pool soluble. El resultado es la parada del ciclo celular en los  momentos G2 o M por imposibilidad de formación del huso mitótico.

En la fase de diseño del fármaco, se identificó el grupo farmacóforo clave para la unión a la tubulina, indicado en la figura en naranja y verde. La parte verde, a pesar de formar parte del grupo farmacóforo, no tiene por qué ser exactamente así, sino que su único requerimiento es ser rígida y de ese tamaño relativo.

Paclitaxel, grupo farmacóforo.
La modificación de los grupos marcados en azul se ha utilizado en el diseño de diferentes tipos de análogos. Así se han obtenido fármacos más activos como es el docetaxel (3).

Paclitaxel y docetaxel. Extraído de (3)
En cambio el área naranja del farmacóforo tiene que ser exactamente así, ya que es clave para la unión en ángulo o en T con la β-tubulina, como se muestra a continuación:


Unión en T de la molécula de paclitaxel con la β-tubulina


Otros principios activos que actúan sobre la dinámica microtubular son los alcaloides de la Vinca y la colchicina. En estos casos lo que se impide es la polimerización de las proteínas en estructuras en lugar de la despolimerización, siendo sin embargo el resultado similar al del paclitaxel. En el caso de la colchicina el objetivo, más que la parada del ciclo celular, es impedir que la estructura de microtúbulos sea capaz de impulsar el movimiento de vesículas cargadas de mediadores de la inflamación hacia los lugares en los que se produce su exocitosis. Además, la paralización de la estructura microtubular dificulta los procesos de diapédesis leucocitaria (paso a través de fenestras vasculares) hacia los tejidos dañados, así como la fagocitosis de cristales de urato.

Problemática del compuesto líder


Taxus brevifolia es una especie que se da en los alrededores del estado de Washington, EE.UU, como puede verse en el mapa.

Taxus brevifolia pertenece al orden de los taxales, un pequeño taxón que comprende únicamente 6 géneros que incluyen 20 especies en total. Este orden está próximo al más conocido de los pinales, en el que concentran géneros por todos conocidos como son los pinos, sabinas, cedros, arizónicas, cipreses, abetos, enebros, etc… Ambos órdenes pertenecen a la división coniferophyta. Una de las diferencias de los taxales con respecto a los pinales es la no existencia en aquéllos de canales resiníferos. A continuación se incluyen detalles sobre Taxus brevifolia.


  • Es una especie leñosa.
  • Se trata de árboles y arbustos dioicos, esto es que hay individuos masculinos y femeninos en esta especie, pero no hermafroditas.
  • Granos de polen sin sacos aéreos
  • Poseen óvulos solitarios que constituyen estróbilos muy modificados y característicos, rodeados por un arilo rojo.
  • Hoja perenne, lineal y aplanada, que sale de las ramas en espiral formando macroblastos


Tres son las barreras con las que se encontró el compuesto líder presente en Taxus brevifolia:
  • El principio activo, paclitaxel, se encuentra sobre todo en la corteza de Taxus brevifolia, exigiendo el sacrificio del árbol para extraer el principio activo.
  • La cantidad de principio activo presente en la especie era muy escasa, requiriéndose el sacrificio de un número no asumible de individuos de la especie para satisfacer la demanda (6). Además, los buenos resultados de paclitaxel en el cribado como antineoplásico, hicieron al NCI pronosticar una demanda importante de este fármaco si se comercializaba. 
  • La especie está protegida. 
La biosíntesis de moléculas tan complejas como los taxanos, hace inviable solucionar el problema sintetizando en el laboratorio el paclitaxel. Por el contrario es importante contar con el laboratorio de la naturaleza para sintetizar moléculas de este tipo o, al menos, las partes más complicadas; en este último caso el proceso se denomina semisíntesis. Esta manera de proceder es común, y ocurre con otras moléculas complicadas como los opiáceos, en las que tampoco es posible prescindir de la naturaleza, en este caso llamada Papaver somniferum.

La solución, por consiguiente, ha sido encontrar una especie que no presentara estas barreras y que biosintetizara el mismo producto o uno similar desde el que se pudiera, mediante procesos químicos sencillos, obtener el paclitaxel. Así se encontró Taxus bacata que:
  • Presentaba la mayor concentración de principio activo en las hojas (la droga son las hojas y no la corteza), no siendo necesario el sacrificio. 
  • No estaba sujeto a las limitaciones de protección de Taxus brevifolia


Distribución geográfica de Taxux baccata L. (5)
  • Presentaba 10 veces más concentración de principios activos por unidad de peso que Taxus brevifolia (5). 
Su producto en cambio es la 10-deacetilbaccatina (5) que, aunque no es identico al paclitaxel, sí que permite su obtención a través de un proceso químico sencillo. Es lo que se denomina semisíntesis, proceso en el que se deja la parte complicada de la síntesis molecular al laboratorio de la naturaleza, normalmente el metabolismo secundario de especies vegetales, y se añaden transformaciones químicas sencillas desde el laboratorio.


10-deacetilbaccatina
Paclitaxel



OTRA PROBLEMÁTICA del compuesto líder, esta vez de orden tecnológico, y que ha dado origen a otras modificaciones de diseño, se refiere a su biodisponibilidad, ya que se trata de un compuesto que no es administrable vía oral y, además, es poco hidrosoluble, lo que complica la preparación para administración parenteral. Así han surgido otros compuestos derivados como es el ortataxel, análogo administrable vía oral. 

También es problemático el hecho, por otra parte habitual en antineoplásicos, de la creación de resistencias frente a los mismos. Concretamente en el caso de los taxanos son debidas a:
  • Mutaciones en la proteína β-tubulina, que es la diana de los taxanos
  • El hecho de ser sustratos de la glicoproteína P y, por lo tanto, expulsados de las células en las que tienen que ejercer su actividad, con menoscabo de la misma. 


APLICACIONES CLÍNICAS DE PACLITAXEL

La utilidad de paclitaxel y sus derivados, denominados taxanos, en el tratamiento de neoplasias se pone de manifiesto con la aprobación en los últimos años, de numerosas especialidades que los contienen, entre otros: Abraxane ® (paclitaxel)  autotizado por la EMA en 11/01/2008, Docefrez  ® (docetaxel) autorizado por EMA e10/05/2010 y ya retirado, Docetaxel Kabi ® (genérico de docetaxel) autorizado por la EMA en 22/05/2012, etc.

Principales aplicaciones clínicas de paclitaxel y demás taxanos. 


1.- Inicialmente se empleó en el tratamiento de algunos tumores sólidos refractarios a otros tratamientos antineoplásicos. Actualmente se está empleando también en el tratamiento inicial numerosos procesos tumorales (8, 6, EMA):



2.- Utilización junto con la tecnología del stent para la prevención del engrosamiento adaptativo de la pared vascular tras su colocación (4).

Como es sabido, el objetivo del stent es impedir la estenosis vascular por diversas causas como es la formación de una placa de ateroma, previniendo la aparición de fenómenos isquémicos derivados de ello. Sin embargo el contacto continuado del stent con el endotelio vascular puede originar respuestas adaptativas del mismo que son contrarias a este objetivo, como es el engrosamiento de la capa íntima de la pared vascular, produciendo una re-estenosis, que es precisamente lo que trataba de evitarse con el stent. Los efectos antiproliferativos derivados de paclitaxel lo hacen apropiado para evitar este efecto secundario del stent.

Surge aquí el interesante problema tecnológico sobre cómo aplicar localmente y de un modo continuo un fármaco en la parte interna de un vaso, concretamente en el lugar en el que va a ir colocado el stent. La solución ha venido de la mano de una tecnología de liberación modificada empleada en repetidas ocasiones en farmacia, como son las matrices poliméricas de liberación modificada a través de las que difunde un fármaco contenido en su interior. Esta matriz polimérica cargada de fármaco recubre el material del stent.



Efectos secundarios


Los efectos antiproliferativos de paclitaxel afectan principalmente a tejidos que requieren altas tasas de recambio como es la mucosa gastrointestinal. Esto ocurre con muchos otros antineoplásicos. Además paclitaxel produce neuropatías debido a su condición de sustancia axonotóxica (tóxica para el axón neuronal). A continuación se resumen las principales reacciones adversas registradas con la utilización de este fármaco.




OTRAS FUENTES NATURALES INVESTIGADAS

Dado el interés de los fármacos que actúan sobre la dinámica microtubular en el tratamiento del cáncer , actualmente se están investigando otras fuentes de los mismos como son (1):


DISCODERMOLIDA
(Discodermia dissoluta)
ELEUTEROBIN
(Eleutherobia spp.)
EPOTILONA
(Myxobacterium Sorangium cellulosum)

CONCLUSIONES

Se ha esbozado la complejidad que conlleva el descubrimiento de nuevos fármacos que, en muchos casos supone poner la suerte a trabajar para nosotros. Ello tiene un coste: abrirle los brazos a la suerte significa aumentar la exposición a ella mediante el test de numerosas sustancias de distinta naturaleza: ensayar 10.000 moléculas para conseguir un sólo fármaco útil supone una inversión de 900 millones de € que debe ser financiada durante los más de 15 años que puede llevar, de media, el desarrollo completo de un sólo medicamento. Esta inversión es tan elevada porque los fármacos que triunfan (0,01%), que son la punta del iceberg, deben de asumir los costes de todos los que no triunfaron más el de ellos mismos.



Además, lo complicado del proceso de autorización y las fuertes exigencias a esta industria, hacen que el periodo de financiación de tal inversión sea muy dilatado. De media se ha de financiar la inversión indicada durante 12 años sin obtener ningún ingreso por ello. Además, tras estos 12 años, el medicamento debe de ser capaz de recuperar esa inversión con una rentabilidad industrial aceptable en apenas 10 años de explotación!. Cualquier otro bien desarrollado por un autor goza de exclusiva de venta durante décadas post mortem. Este hecho, lógicamente, repercute en que los precios de los medicamentos sean elevados, como tristemente estamos teniendo noticia actualmente en casos como los de los tratamientos de la hepatitis C (sofosbuvir). Sin embargo, en el ámbito regulatorio actual es precisamente este hecho, los márgenes y los precios, lo que posibilita que una industria de muy alto riesgo económico pueda entregar productos innovadores como en su momento fue paclitaxel o, en el momento actual, cualquiera de los medicamentos sobre los que he hablado en mis últimos artículos.

BIBLIOGRAFÍA

(1) C. Avendaño, J.C. Menéndez. "Medicinal Chemistry of Anticancer Drugs", 1st edition, Elsevier 2008, Amsterdam (Netherlands).

(2) Graham L. Patrick. "Introduction to Medicinal Chemistry", fourth edition, Oxford University Press, 2009, New York (USA).

(3) Winefielda R.D., Entwistlea R.A., Folanda T.B., Lushingtonb G.H. and Himesa R.H. "Differences in Paclitaxel and Docetaxel Interactions with Tubulin Detected by Mutagenesis of Yeast Tubulin". ChemMedChem. 2008; 3(12): 1844–1847.

(4) Seung-Jung Park S-J., Ho D.S., Park S-W., Lee C.W., Lam R. "A Paclitaxel-Eluting Stent for the Prevention of Coronary Restenosis". The new england journal of medicine, 2003; 348(16):1.537-1.545.

(5) Thomas P.A. and Polwart A. "Taxus baccata L". Journal of Ecology, 2003;  91(3): 489-524.

(6) Anil K. Singla *, Alka Garg, Deepika Aggarwal. "Paclitaxel and its formulations". International Journal of Pharmaceutics 235 (2002) 179–192

(7) Rao K.V and Juchum J. "Taxanes from the bark of Taxus brevifolia”. Phytochemistry, 1998; 47(7): 1.315-1.324.

(8) Buxeraud J. "Paclitaxel". Actualités pharmaceutiques hospitalières, 2006; 61:43-46.

(9) McKeage K. "Docetaxel. A Review of its Use for the First-Line Treatment of Advanced
Castration-Resistant Prostate Cancer". Drugs 2012; 72(11): 1559-1577.

(10) Saleh N.A. "The QSAR and docking calculations of fullerene derivatives as HIV-1protease inhibitors". Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2015; 136:1523–1529. 

(11)  Da Ros T. and Prato M. "Medicinal chemistry with fullerenes and fullerene derivatives". Chem. Commun., 1999: 663–669. 

(12) Slaney C. "Fullerenes". Young Scientists Journal 2009; 7:32-34.