Rang e Dale: Farmacologia
Estágios de um projeto
humano.
Nossa apresentação é propositadamente curta e superficial, sendo
possível encontrar mais detalhes em outras fontes (Hill e Rang, 2013).
ESTÁGIOS DE UM PROJETO
A Figura 60.1 mostra, de maneira idealizada, os estágios de um projeto
“típico” com o objetivo de produzir um fármaco comercializável que atenda
a uma necessidade médica em particular (p. ex., retardar a evolução da
doença de Parkinson, da insuficiência cardíaca ou para tratar infecções
resistentes aos fármacos).
De maneira ampla, o processo pode ser dividido em três componentes
principais:
1. Descoberta do fármaco, durante a qual as moléculas candidatas são
escolhidas com base nas suas propriedades farmacológicas.
2. Desenvolvimento pré-clínico, durante o qual é realizada ampla variação
de estudos não humanos (p. ex., teste de toxicidade, análise
farmacocinética/farmacodinâmica e formulação).
3. Desenvolvimento clínico, durante o qual o composto selecionado é
testado em relação à sua eficácia, aos efeitos adversos e perigos
potenciais em voluntários e pacientes.
Essas fases não seguem necessariamente essa sucessão estrita, como
indicado na Figura 60.1, mas geralmente se superpõem.
FASE DA DESCOBERTA DO FÁRMACO
Depois de estabelecida a tarefa de planejar o projeto para descobrir um
novo fármaco para tratamento (p. ex., da doença de Parkinson), por onde começar? Presumindo que estejamos procurando por um novo fármaco, em
vez de desenvolver uma versão “me-too” levemente melhorada de um
fármaco já em uso,1 é necessário, primeiramente, escolher um novo alvo
molecular.
Seleção do alvo
Como discutido no Capítulo 2, os alvos dos fármacos são, com poucas
exceções, proteínas funcionais (p. ex., receptores, enzimas, proteínas
transportadoras). Embora, no passado, os programas de descoberta de
fármacos frequentemente tivessem base, com sucesso, na medida de
complexa resposta in vivo (tal como evitar convulsões induzidas
experimentalmente, diminuir o açúcar sanguíneo ou suprimir a resposta
inflamatória, sem necessidade de identificação prévia de alvo para o
fármaco), atualmente é raro, de modo que o primeiro passo é a identificação
do alvo. Isso frequentemente deriva da inteligência biológica. Sabe-se, por
exemplo, que a inibição da enzima conversora da angiotensina diminui a
pressão pela supressão da formação de angiotensina II; assim, fez sentido
procurar antagonistas do receptor vascular da angiotensina II – daí o
sucesso da série “sartana” dos fármacos anti-hipertensivos (ver Capítulo
23). De modo semelhante, o conhecimento de que o câncer de mama é
frequentemente sensível ao estrógeno levou ao desenvolvimento dos
inibidores da aromatase, como o anastrozol, que evita a síntese de
estrógeno. Uma sondagem recente de 1.194 medicamentos aprovados pela
agência norte-americana Food and Drug Administration (FDA) (Santos et
al., 2017) observou que eles atuaram em um total de 893 alvos, dos quais
667 eram proteínas humanas (compreendendo 549 alvos de fármacos de
pequenas moléculas e 146 biofármacos) e os restantes 189 eram alvos de
proteínas de patógenos. No entanto, existem muitas outras proteínas, as quais se acredita terem um papel na doença (estimativas vão de poucas
centenas a vários milhares: Betz, 2005;
http://www.guidetopharmacology.org/lists.jsp), para as quais ainda não há
fármacos conhecidos. Muitos destes representam potenciais pontos de
partida para a descoberta de fármacos e aguardam exploração terapêutica. A
seleção de alvos atingíveis e válidos é o grande desafio.
A sabedoria biológica convencional, com base em rico conjunto de
conhecimento sobre os mecanismos da doença e as vias de sinalização
química, juntamente com a informação genômica, é a base sobre a qual
novos alvos são constantemente escolhidos. Disciplinas como genômica,
bioinformática, proteômica e análise de sistemas vêm desempenhando um
papel cada vez maior por meio da revelação de novas proteínas envolvidas
na marcação química, novos genes envolvidos na doença e novos modelos
de progressão da doença. O pouco espaço impossibilita aqui a discussão
sobre esta área que se inicia; os leitores interessados devem recorrer a
relatos mais detalhados (Lindsay, 2003; Kramer e Cohen, 2004; Hill e
Rang, 2013; Cutler e Voshol, 2015; Kuepfer e Schuppert, 2016).
Figura 60.1 Estágios do desenvolvimento de um novo fármaco “típico”, ou seja,
um composto sintético desenvolvido para uso sistêmico. Apenas as principais atividades executadas em cada estágio são mostradas e os detalhes variam muito com o tipo de fármaco que esteja sendo desenvolvido.
De modo geral, é evidente que, em futuro previsível, há amplo escopo
biológico (em termos de novos alvos para os fármacos) para a inovação
terapêutica. O que limita a inovação não é a biologia e a farmacologia
primária, mas outros fatores como má seleção de alvos ou o surgimento de
efeitos adversos não previstos durante o teste clínico, bem como o custo e a
complexidade da descoberta de fármacos e o desenvolvimento em relação à
economia dos cuidados de saúde e questões regulamentares cada vez mais
rigorosas.
Procura pelo composto-guia
Após decidir sobre o alvo bioquímico e avaliar a viabilidade do projeto, o
passo seguinte é encontrar os compostos-guia. Aqui nos concentramos em
compostos principais derivados da química sintética. O desenvolvimento de
biofármacos é descrito adiante e no Capítulo 5. Normalmente, o achado
principal envolve clonagem e expressão da proteína-alvo – em geral, a
forma humana, visto que a variação da sequência entre as espécies está
frequentemente associada a diferenças farmacológicas, sendo essencial que
se otimize para a atividade nos seres humanos. Um sistema de ensaio tem
que ser desenvolvido possibilitando que a atividade funcional da proteína-
alvo seja mensurada. Isso poderia ser um ensaio enzimático livre de células,
um ensaio de ligação com base na membrana ou um ensaio de resposta
celular. Ele deve ser criado para funcionar automaticamente, se possível
com leitura óptica (p. ex., fluorescência ou absorção óptica), e em formato
de placa com múltiplos poços (versões com 96, 384, 1.536 ou 3.456 poços
estão disponíveis) por motivos de velocidade e economia. Instalações para o ensaio com controle robótico, capazes de testar dezenas de milhares de
compostos por dia2 em vários ensaios paralelos, são agora lugar-comum na
indústria farmacêutica e tornaram-se o padrão para o início da maioria dos
projetos que visam ao descobrimento de fármacos. Para detalhes de como a
tecnologia está se desenvolvendo, ver Hüser (2006).
Para manter esses monstros famintos funcionando, é necessária uma
biblioteca de compostos muito grande. As grandes companhias geralmente
mantêm coleção crescente de 1 milhão ou mais de compostos sintéticos,
que serão rotineiramente analisados sempre que um novo ensaio for
iniciado. Enquanto, no passado, os compostos eram geralmente sintetizados
e purificados um a um, demorando muitas vezes 1 semana ou mais para
cada composto, o uso da química combinatória torna possível a produção
simultânea de grandes famílias de compostos relacionados. Ao juntar a
química de alta velocidade aos sistemas de ensaio de alto porte, o tempo
necessário durante a fase inicial para encontrar o composto-guia dos
projetos foi reduzido, na maioria dos casos, para alguns meses, o que, no
passado, muitas vezes demorava vários anos. Cada vez mais é utilizada a
cristalografia de raios X e outras técnicas para proporcionar conhecimento
da estrutura tridimensional da proteína-alvo, bem como modelação
molecular computacional para identificar possíveis estruturas-guia na
biblioteca de compostos, de modo a reduzir o número de substâncias a
pesquisar. Os modelos moleculares também podem ser usados para rastrear
um grande número de moléculas hipotéticas – ainda não sintetizadas – para
fornecer diretrizes para a síntese e triagem de novas famílias de compostos.
Refinada desse modo, a pesquisa é frequentemente bem-sucedida em
identificar compostos-guia que apresentam a atividade farmacológica
apropriada e são passíveis de modificação química adicional.
Muitas vezes, os “acertos” detectados na avaliação inicial vêm a ser
moléculas que apresentam características adversas em um fármaco, tais
como peso molecular ou polaridade excessivos ou a presença de
grupamentos conhecidos por estarem associados à toxicidade. A “pré-
avaliação” computadorizada das bibliotecas de compostos é frequentemente
usada para eliminar esses compostos.
Os acertos identificados na análise inicial são usados como base para
preparar grupos de homólogos com a química combinatória para estabelecer
as características estruturais críticas em relação à ligação seletiva com o
alvo. Vários ciclos repetitivos de síntese e de análise costumam ser
necessários para identificar um ou mais compostos-guia para o próximo
estágio.
■ Produtos naturais como compostos-guia
Historicamente, produtos naturais, derivados principalmente de fungos e de
plantas, comprovaram ser fonte frutífera de novos agentes terapêuticos,
particularmente no campo dos fármacos anti-infecciosos, anticancerígenos e
imunossupressores. Exemplos familiares incluem penicilina,
estreptomicina e muitos outros antibióticos; alcaloides da vinca;
paclitaxel; ciclosporina e sirolimo (rapamicina). Essas substâncias
servem presumivelmente como função protetora específica, tendo evoluído
a ponto de reconhecerem com grande precisão as moléculas-alvo
vulneráveis em organismos inimigos ou competidores. A superfície desse
recurso foi apenas arranhada, e muitas companhias estão ativamente
engajadas em gerar e testar bibliotecas de produtos naturais com o propósito
de encontrar guias. Os fungos e outros microrganismos são particularmente
apropriados para isso, porque são onipresentes, altamente diversificados e
fáceis de coletar e cultivar em laboratório. Eles também tiveram muito tempo de evolução para desenvolver um arsenal de substâncias efetivas
dirigidas a funções específicas (p. ex., antibacterianos), o que pode, por
vezes, ser utilizado como um composto de início na procura do nosso
fármaco desejado. No entanto, os compostos obtidos das plantas, dos
animais ou dos organismos marinhos são muito mais trabalhosos para se
produzir comercialmente. A sua principal dificuldade para serem
compostos-guia é que eles são, frequentemente, moléculas complexas
difíceis de sintetizar ou de modificar pela química sintética convencional,
de modo que a otimização do guia pode ser difícil e a produção comercial,
muito dispendiosa.
Otimização do guia
Os compostos-guia encontrados por análise são a base para o próximo
estágio – a otimização do guia –, no qual o objetivo é (em geral) aumentar a
potência do composto no seu alvo e otimizá-lo com relação a outras
características, tais como a seletividade e as propriedades farmacocinéticas.
Nessa fase, os testes aplicados incluem uma ampla faixa de ensaios em
diferentes sistemas, abrangendo estudos para medir a atividade e o tempo
de atividade dos compostos in vivo (se possível, em modelos animais
simulando os aspectos da situação clínica, ver Capítulo 8) e observando os
efeitos adversos nos animais, evidências de genotoxicidade e, em geral, a
disponibilidade oral. O objetivo da fase da otimização do guia é identificar
um ou mais fármacos candidatos adequados para desenvolvimento
adicional.
Como mostrado na Figura 60.1, apenas um em cada quatro projetos é
bem-sucedido na produção de um fármaco candidato, e isso pode levar até 5
anos. O problema mais comum ocorre quando a otimização do guia se
mostra impossível; apesar da química engenhosa e trabalhosa, os compostos-guia, como adolescentes antissociais, recusam-se a abandonar os