Come nasce un farmaco

Cercare e testare le sostanze naturali, sintetizzarle in laboratorio, utilizzare i sistemi biologici: sono queste le tre strategie utilizzate per scoprire un nuovo farmaco.

La vita di un farmaco ha inizio nella mente di un team interdisciplinare di ricercatori, composto da farmacologi, biologi e chimici. Il primo passo che deve fare il gruppo di ricerca è individuare un bersaglio terapeutico, vale a dire un meccanismo biologico su cui intervenire per sconfiggere una malattia. Sono tre le possibili strade che i ricercatori possono intraprendere per “scoprire” un nuovo principio attivo.

• La prima, la più antica, consiste nel cercare sostanze già disponibili in natura che possano interferire con il meccanismo biologico che causa la malattia. Sono molti i farmaci, tuttora in commercio, scoperti in questo modo: l’acido acetilsalicilico, gli antimalarici a base di chinina, molti antibiotici e perfino alcuni antitumorali (taxani).
• La seconda strada, quella della sintesi chimica, prevede di passare al vaglio (con un processo chiamato HTS o High Throughput Screening) un grande numero di molecole che possano interagire con il meccanismo biologico su cui si sta lavorando. Attualmente tale processo viene svolto con l’ausilio del computer e altre volte manualmente su banche di composti dell’ordine di cinquecentomila/un milione di unità. Si usa soprattutto quando si hanno scarse informazioni strutturali sul target. Questa fase può anche non essere necessaria se le informazioni sulla struttura dell’obiettivo sono sufficientemente precise e si può applicare del drug design.
• La terza via, quella più recente, utilizza i sistemi biologici (in genere batteri, lieviti o cellule di mammifero) per produrre sostanze curative. Negli ultimi anni, grazie allo sviluppo delle tecniche del DNA ricombinante, che consentono di inserire un gene deputato a produrre il farmaco all’interno del DNA di un batterio o di una cellula animale, è stato possibile produrre farmaci più adatti all’organismo umano (ad esempio alcune forme di insulina) e perfezionare il meccanismo chiave-serratura che permette al farmaco di reagire in modo efficace e selettivo con un bersaglio predeterminato all’interno dell’organismo.

Le più recenti tecniche di sviluppo dei medicinali si basano sulla conoscenza della molecola target della malattia, a partire dalla quale disegnano un farmaco in grado di contrastarne l’attività.

Il punto di partenza di tutti i processi biologici è il riconoscimento molecolare, cioè la formazione di un legame tra due strutture chimiche sulla base della loro complementarietà (con un meccanismo chiamato chiave-serratura). Un esempio di questo tipo di reazione è quello tra gli enzimi (proteine che fungono da catalizzatori di una reazione chimica nell’organismo) e un substrato organico. Il substrato è esattamente complementare all’enzima e, nel momento in cui si lega, provoca l’attivazione dello stesso. L’enzima può provocare la scissione della molecola di substrato in due molecole più piccole oppure può trasformarla.

Attraverso la conoscenza tridimensionale dell’obiettivo (target) del farmaco (un recettore su una cellula, un enzima col quale il farmaco deve interferire), si possono selezionare le molecole che, sulla base della loro struttura, hanno elevata probabilità di legarvisi. Si chiamano “composti guida” (lead compound) e saranno la “materia grezza” su cui i ricercatori lavoreranno per sviluppare un farmaco in grado di legarsi bene al bersaglio terapeutico. Talvolta è possibile disegnare la molecola al computer se si conoscono bene le caratteristiche che dovrebbe avere. Questo processo prende il nome di drug design.

Il drug design è un approccio molto utile per la creazione di un farmaco, che viene disegnato sulla base del target biologico col quale vuole interferire, in genere una molecola chiave del processo che bisogna fermare o regolare all’interno dell’organismo oppure, nel caso di una malattia infettiva, un elemento fondamentale per la replicazione del batterio o del virus.

Il farmaco viene inoltre completato per stabilizzarne la struttura chimica, per facilitarne la produzione industriale e la somministrazione, e per limitarne o annullarne gli effetti tossici.

L’introduzione dei test farmacologici in vitro, l’insieme delle tecniche di determinazione strutturale delle molecole e dei loro target (risonanza magnetica e raggi X) e il drug design hanno rivoluzionato il mondo della ricerca medica e farmacologica.

Un farmaco impiega mediamente 12-13 anni per arrivare sugli scaffali della farmacia: deve superare moltissime prove ed esami prima di poter essere messo in commercio.

La comparsa di un nuovo medicinale in farmacia è l’ultimo atto di un processo che richiede molti anni di ricerche e che vede protagonisti diversi attori: i ricercatori, le università, i centri clinico-ospedalieri, le aziende farmaceutiche, le autorità sanitarie, i medici e i pazienti. Infatti, dalla scintilla creativa che scocca nella mente del ricercatore e sul desktop del suo computer alla comparsa nelle farmacie, un nuovo farmaco deve affrontare un viaggio molto lungo, che in media dura circa 12-13 anni dal momento in cui viene pensato a quello in cui è disponibile. Dire con esattezza quando nasce un farmaco è difficile, in realtà un farmaco comincia potenzialmente a esistere quando si è verificata la sua attività farmacologica, cioè quando si comincia a indagare a quali dosi si manifestano gli effetti sugli organismi viventi. La ricerca farmacologica è standardizzata a livello internazionale: le procedure sono comuni a tutti i Paesi e una molecola, prima di diventare farmaco, deve passare attraverso tre fasi di indagine, a cui fa seguito una quarta fase, non compresa nei 12 anni citati prima: quella successiva alla commercializzazione, che ha la funzione di mettere in luce eventuali effetti collaterali rari.