Preparazione e sviluppo di farmaci con metodi biotecnologici
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Il principale obiettivo formativo di questo corso integrato è quello di far comprendere allo studente le enormi potenzialità dei metodi biotecnologici sia nella produzione di farmaci che nell'ottimizzazione di molecole già esistenti e quindi nello sviluppo di nuovi farmaci. Un ulteriore obiettivo del corso è sviluppare le capacità critiche dello studente in relazione alle problematiche farmacocinetiche che possono limitare l'efficacia di un farmaco biotecnologico; a tale proposito vengono analizzate e discusse le possibili modifiche di natura chimica o biotecnologica utili ad ottimizzare il profilo farmacocinetico. Il corso tratta due principali classi di farmaci biotecnologici: le proteine ricombinanti e i prodotti di origine naturale e loro derivati, ottenuti mediante metodi biotecnologici. Le diverse classi di farmaci vengono trattate partendo dai cenni storici sulla loro origine, attraverso lo studio delle relazioni struttura-attività fino ad arrivare allo sviluppo di nuovi derivati caratterizzati da un migliore profilo farmacologico, includendo anche alcuni farmaci attualmente in fase di sperimentazione clinica. In parallelo, sono analizzate le strategie, basate su metodologie innovative di biotecnologia industriale e di biocatalisi, per la produzione su scala industriale di composti naturali biologicamente attivi (tradizionalmente ottenuti da fonti naturali mediante processi convenzionali di fermentazione e/o estrazione) o di nuovi derivati caratterizzati da un migliore profilo farmacologico.
Risultati apprendimento attesi
Al termine delle lezioni le studentesse/gli studenti dovranno conoscere le caratteristiche strutturali salienti delle diverse classi di farmaci studiate e dovranno essere in grado di discutere criticamente le relazioni tra struttura e attività biologica. In particolare, per i diversi farmaci studiati, le studentesse/gli studenti dovranno saper identificare il farmacoforo essenziale e discutere le possibili modifiche utili ad ottimizzare le proprietà farmacocinetiche e farmacodinamiche. Dovranno inoltre essere in grado di proporre un metodo biotecnologico utile alla preparazione del composto in oggetto così come i metodi più idonei per effettuare modifiche strutturali mirate all'ottimizzazione dell'attività biologica. Infine, dovranno essere in grado di comprendere correttamente i quesiti in fase di verifica dell'apprendimento e saper scegliere, elaborare, collegare in maniera logica le conoscenze acquisite e saperle comunicare in maniera efficace, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
L'insegnamento tratta due principali classi di farmaci biotecnologici: le proteine ricombinanti, e i farmaci di origine naturale e loro derivati, prodotti sfruttando metodi biotecnologici.
In dettaglio, saranno affrontate le seguenti tematiche:
1) Farmaci di origine naturale e loro derivati prodotti sfruttando metodi biotecnologici
- Metabolismo secondario, vie biosintetiche (lantapeptidi, peptidi non ribosomiali, polichetidi aromatici e complessi), cluster genici, regolazione, strain improvement (mutagenesi e ingegneria metabolica), processo fermentativo e recovery del prodotto
- Cenni storici sulla scoperta del farmaco, studio delle relazioni struttura-attività e modifiche strutturali per l'ottimizzazione del profilo farmacologico.
- Combinazione di approcci biotecnologici e chimici per la generazione di nuovi farmaci analoghi di prodotti naturali. Definizione ed esempi di: semisintesi, biosintesi diretta da precursore, mutasintesi, biosintesi combinatoriale.
- Metodi biocatalitici per la semisintesi o la modifica strutturale di prodotti di origine naturale: importanza in campo farmaceutico, tecniche di biocatalisi, ingegneria proteica, immobilizzazione.
- Metodi di bioconiugazione per il miglioramento del profilo farmacocinetico di piccole molecole.
Classi di farmaci studiate: antibiotici beta lattamici, antracicline, statine, tassoidi, artemisinina
2) Proteine ricombinanti e farmaci di natura peptidica
- Cellule microbiche per la produzione di proteine ricombinanti: scelta dell'host; strategie per il miglioramento della produttività e dell'efficienza di secrezione; sistemi di espressione batterici (E. coli); sistemi di espressione in eucarioti (lieviti e funghi filamentosi)
- Insulina e insuline modificate a breve e lunga durata d'azione; il recettore dell'insulina: studio delle interazioni ligando-recettore e scoperta di piccole molecole insulino-mimetiche. Farmaci che agiscono sul sistema incretinico (analoghi di GLP-1 e inibitori di DPP-4).
- Ormone della crescita; il recettore GH: interazioni ligando-recettore; analoghi di GHRH; sostanze attive su GHSR (ghrelina e peptidi GHRP); progettazione di antagonisti di GH; altri approcci per il trattamento dell'acromegalia: analoghi della somatostatina.
- Citochine: Interleuchine e Interferoni.
- Esempi di produzione industriale di proteine eterologhe.
- Problematiche farmacocinetiche associate a farmaci di natura peptidica e strategie per il rilascio controllato e prolungato.
In dettaglio, saranno affrontate le seguenti tematiche:
1) Farmaci di origine naturale e loro derivati prodotti sfruttando metodi biotecnologici
- Metabolismo secondario, vie biosintetiche (lantapeptidi, peptidi non ribosomiali, polichetidi aromatici e complessi), cluster genici, regolazione, strain improvement (mutagenesi e ingegneria metabolica), processo fermentativo e recovery del prodotto
- Cenni storici sulla scoperta del farmaco, studio delle relazioni struttura-attività e modifiche strutturali per l'ottimizzazione del profilo farmacologico.
- Combinazione di approcci biotecnologici e chimici per la generazione di nuovi farmaci analoghi di prodotti naturali. Definizione ed esempi di: semisintesi, biosintesi diretta da precursore, mutasintesi, biosintesi combinatoriale.
- Metodi biocatalitici per la semisintesi o la modifica strutturale di prodotti di origine naturale: importanza in campo farmaceutico, tecniche di biocatalisi, ingegneria proteica, immobilizzazione.
- Metodi di bioconiugazione per il miglioramento del profilo farmacocinetico di piccole molecole.
Classi di farmaci studiate: antibiotici beta lattamici, antracicline, statine, tassoidi, artemisinina
2) Proteine ricombinanti e farmaci di natura peptidica
- Cellule microbiche per la produzione di proteine ricombinanti: scelta dell'host; strategie per il miglioramento della produttività e dell'efficienza di secrezione; sistemi di espressione batterici (E. coli); sistemi di espressione in eucarioti (lieviti e funghi filamentosi)
- Insulina e insuline modificate a breve e lunga durata d'azione; il recettore dell'insulina: studio delle interazioni ligando-recettore e scoperta di piccole molecole insulino-mimetiche. Farmaci che agiscono sul sistema incretinico (analoghi di GLP-1 e inibitori di DPP-4).
- Ormone della crescita; il recettore GH: interazioni ligando-recettore; analoghi di GHRH; sostanze attive su GHSR (ghrelina e peptidi GHRP); progettazione di antagonisti di GH; altri approcci per il trattamento dell'acromegalia: analoghi della somatostatina.
- Citochine: Interleuchine e Interferoni.
- Esempi di produzione industriale di proteine eterologhe.
- Problematiche farmacocinetiche associate a farmaci di natura peptidica e strategie per il rilascio controllato e prolungato.
Prerequisiti
Prerequisiti
- Conoscenza di nozioni di base di chimica farmaceutica con particolare riferimento agli aspetti di carattere generale: bersagli dei farmaci, farmacodinamica e farmacocinetica. Per chi non avesse familiarità con la Chimica farmaceutica, si consiglia lo studio autonomo del libro di testo: G. Costantino, G. Sbardella Chimica Farmaceutica Ed. EdiSES (Sezioni 1, 2, 3).
- Conoscenze di base di Microbiologia e Biotecnologia delle fermentazioni con particolare riferimento al metabolismo microbico e alle tecniche di fermentazione. Per chi non avesse familiarità con tali argomenti si consiglia di contattare la docente che fornirà il materiale di studio appropriato.
- Conoscenza di nozioni di base di chimica farmaceutica con particolare riferimento agli aspetti di carattere generale: bersagli dei farmaci, farmacodinamica e farmacocinetica. Per chi non avesse familiarità con la Chimica farmaceutica, si consiglia lo studio autonomo del libro di testo: G. Costantino, G. Sbardella Chimica Farmaceutica Ed. EdiSES (Sezioni 1, 2, 3).
- Conoscenze di base di Microbiologia e Biotecnologia delle fermentazioni con particolare riferimento al metabolismo microbico e alle tecniche di fermentazione. Per chi non avesse familiarità con tali argomenti si consiglia di contattare la docente che fornirà il materiale di studio appropriato.
Metodi didattici
L'insegnamento prevede lezioni frontali. Le due docenti si alterneranno al fine di trattare in modo integrato le diverse tematiche affrontate. Durante le lezioni saranno anche proposti dei quiz tramite Wooclap, al fine di rendere la lezione interattiva e promuovere l'apprendimento attivo, oltre a verificare costantemente la comprensione dei diversi argomenti trattati.
Materiale di riferimento
-Le presentazioni power point utilizzate durante le lezioni, in formato pdf, sono disponibili sulla piattaforma MyAriel
- Test di autovalutazione in formato quiz di Wooclap sono disponibili sulla piattaforma MyAriel
- Eventuale materiale didattico aggiuntivo (letteratura, video) potrà essere suggerito dalle docenti durante le lezioni e reso disponibile mediante piattaforma MyAriel.
-Libri di testo consigliati:
1. G. Costantino, G. Sbardella Chimica Farmaceutica Ed. EdiSES
2. S. Donadio, G. Marino: Biotecnologie Microbiche - Casa Editrice Ambrosiana
3. Maria Luisa Calabrò COMPENDIO DI BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE Ed. EdiSES
- Test di autovalutazione in formato quiz di Wooclap sono disponibili sulla piattaforma MyAriel
- Eventuale materiale didattico aggiuntivo (letteratura, video) potrà essere suggerito dalle docenti durante le lezioni e reso disponibile mediante piattaforma MyAriel.
-Libri di testo consigliati:
1. G. Costantino, G. Sbardella Chimica Farmaceutica Ed. EdiSES
2. S. Donadio, G. Marino: Biotecnologie Microbiche - Casa Editrice Ambrosiana
3. Maria Luisa Calabrò COMPENDIO DI BIOTECNOLOGIE FARMACEUTICHE Ed. EdiSES
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La prova d'esame, della durata di 2 ore, consiste in una prova scritta che prevede 4 domande a risposta aperta, inerenti gli argomenti trattati a lezione. Al fine del superamento dell'esame è necessario rispondere a tutte le domande dimostrando un livello di preparazione sufficiente. La valutazione verrà effettuata considerando la capacità di comprendere correttamente i quesiti e di scegliere, elaborare e collegare le conoscenze acquisite, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato. Il voto è espresso in trentesimi.
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 5
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 4
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 4
Lezioni: 72 ore
Docenti:
Conti Paola, Gandolfi Raffaella
Docente/i
Ricevimento:
TUTTI I GIORNI PREVIO APPUNTAMENTO
Via Mangiagalli 25 - 2° piano