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segunda-feira, 11 de janeiro de 2021

Estratégias de desenho molecular: bioisosterismo não-clássico de anel

      Em época de trabalho em romeófice pude otimizar meus afazeres e consegui ler mais, não somente a literatura científica. Sou do tempo em que ao se abrir o pacote da embalagem de um novo livro, sentia-se a mesma alegria das crianças na noite de Natal, ao abrirem os presentes. Devo lhes salientar que com a vantagem de que ao abrir o pacote de um livro de Química Medicinal de capadura, me dava uma alegria a mais, agora olfativa, pois o “cheirinho” das páginas abertas pela primeira vez é indescritível. Dito isso, fica claro que reluto bastante em ler nas telas dos monitores os e-books que o preço do dólar atual me obriga a adquirir (quando posso!), assim como os papers que preciso ler, por dever de ofício. Enfim, reluto, mas leio no monitor...!

Desta forma revisitei alguns artigos que tratam das estratégias de desenho molecular da Química Medicinal, buscando investigar uma possível cronologia na relação entre o surgimento dos GPCR´s e quinases como alvos terapêuticos, por exemplo, a elucidação de suas estruturas 3D e o surgimento das estratégias X-DD (X- drug design), como:  LBDD, SBDD e FBDD.

Nestas leituras e releituras me deparei com o artigo publicado no J. Med. Chem. volume 55, de 2012, sobre novos isósteros cicloalquílicos (não aromáticos) da fenila. O artigo originado dos laboratórios Pfizer (Worldwide Research & Development), em Groton, refere-se, à página 3414 (DOI), ao sistema biciclo[1.1.1]pentano como um padrão molecular saturado capaz de substituir o anel fenílico como um bioisóstero por preservar o reconhecimento molecular pelo mesmo biorreceptor. 

A primeira vez que o li - não sou mais capaz de lembrar-me quando foi – fiquei muito intrigado pois este sistema bicíclico tem apenas átomos de C-sp3, embora sua arquitetura molecular mimetize o volume molecular da fenila (vide abaixo). Os autores deste artigo incluem alguns exemplos em que realizaram esta substituição isostérica - uma fenila pelo sistema bicíclico indicado - e observaram melhoria das propriedades PK & PD.

Em um dos exemplos descritos, o derivado BMS-708,163, descrito como um ligante dos receptores amilóides Ab42 com IC50 de 0,225 nM (vide abaixo), teve o grupamento flúor-fenila conjugado com o sistema 1,2,4-oxadiazola, substituído pelo biciclo[1.1.1]pentano, levando ao isóstero indicado na figura, com IC50 de 0,178 nM e um melhor perfil de solubilidade aquosa, permeabilidade passiva por biomembranas e superior Cmax, caracterizando uma autêntica troca bioisostérica.

     Investigando as propriedades moleculares do quimiotipo bicíclico, foi possível identificar a similaridade entre os comprimentos de ligação C-C no sistema bicíclico e aqueles dos C-sp2-Csp2 da fenila, resultando em volume molecular também semelhantes (figuras a seguir).

     

Os resultados descritos pelos pesquisadores da Pfizer, suportam a descrição original desta troca bioisostérica efetuada por Roberto Pelicciari e colaboradores, da Universidade de Peruggia, em 1996 [J. Med. Chem. 1996, 39, 2874] ao estudar ligantes de receptores centrais do glutamato.

         Diversos exemplos recentes de bioisósteros não-clássicos da fenila foram descritos [vide: EG Tse et al. J. Med. Chem. 2020, 63, 11585], tendo entre os cicloalquílicos o cubano, ciclopropano e ciclobutano, conforme ilustrado abaixo.



Cuidem-se!

Obrigado por lerem.

domingo, 6 de dezembro de 2020

Sobre o reposicionamento de fármacos

     Nestes tempos de pandemia é uma atitude sábia e cidadã cumprirmos com nossas obrigações sanitárias, seguindo ao pé da letra as recomendações dos infectologistas. Para tanto o recolhimento social criou hábitos de comunicarmo-nos de maneira virtual, inclusive para discussões profissionais, reuniões familiares e de trabalho. Muitos de nós atuam profissionalmente em regime especial de trabalho, como em romeófice.

Nestas condições tenho participado desde março deste ano de inúmeras palestras & conferências virtuais, em vários eventos, desde jornadas acadêmicas e congressos científicos, nacionais e internacionais, a mesas-redondas temáticas, muitas das vezes sobre aspectos dos fármacos relacionados à Covid-19. Nestas diversas apresentações, pude observar que um tema sempre acaba vindo à baila, a questão do reposicionamento de fármacos. Certamente motivada pela preocupação com a Covid-19 face a postura reducionista das autoridades do País.

Portanto, me pareceu conveniente tratar aqui, mesmo que brevemente, do reposicionamento de fármacos, mas sob a ótica de poder representar uma estratégia válida para se descobrirem novos medicamentos e portanto, de interesse da Química Medicinal.

  Não sendo especialista no tópico, procurei aprender o máximo sobre ele e o fiz pela leitura de um livro dedicado a isso, editado por Michael J. Barratt e Donald E. Frail, pesquisadores da Pfizer à época que criaram a Unidade de Descoberta de Indicações (Indications Discovery Unit). O livro intitula-se Drug Repositioning, publicado pela Wiley em 2012 (ISBN 9780470878279).

Sua leitura me deu acesso a muitas informações sobre a questão, situando-me sobre sua importância como estratégia de descoberta de medicamentos (i.e. drug discovery). Inúmeros exemplos estão lá, desde sinonímias (em inglês, claro) e a definição de reposicionamento de fármacos e.g. novos usos para antigas moléculas), até as classes terapêuticas que mais são objeto destes estudos (doenças orfãs, negligenciadas, câncer, entre outras). As estratégias de negócios adotadas por empresas pequenas ou não nesta área, inclusive daquelas menores e exclusivamente dedicadas ao reposicionamento de fármacos como objeto de seus negócios, são motivo de vários capítulos. Assim como, as diversas formas de parcerias e colaborações possíveis entre empresas e entre a academia e empresas, à nível internacional, para projetos de reposicionamento de fármacos.

Cabe menção aqui algumas moléculas que foram objeto de exemplos de sucesso em reposicionamento, merecendo novas indicações terapêuticas a partir de observações fortuitas, como era a motivação predominante no início destes estudos de reposicionamento de fármacos, até por volta de 2010. Outras, foram objeto de estudos planejados, sistematizados, empregando estratégias ou abordagens racionais que viabilizaram a identificação de novas indicações terapêuticas. O uso de técnicas de quimio- e bioinformática, combinadas ou não, foram aplicadas com sucesso em vários casos. 

Por exemplo, o ácido acetil salicílico (AAS), o fármaco sintético mais antigo (1898), e outro também  como cloroquina (1934) e mesmo a digoxina, datando do século 18,  foram reposicionados ou amplamente estudados para tal. A  cloroquina foi estudada em 393 doenças durante o período de 1948 a 2015 e pode ser considerada a campeã deste tipo de estudos, sem sucesso.

Explorando a enormidade de dados da literatura disponível em super-bancos de dados sobre uma dada doença, ou uma determinada molécula ou mesmo combinando molécula-doença, novas indicações terapêuticas foram descobertas aprovados pelas agências regulatórias e disponibilizadas para uso por pacientes, em prazos bem inferiores e a menor custos do que as inovações farmacêuticas radicais desenvolvidas pelos clássicos processos de drug-discovery.

Seria impossível mencionar todos os exemplos de sucesso identificáveis na literatura, mas para não os cansar demais nesta leitura, que corre o risco de começar a ficar muito chata, vou mencionar apenas a talidomida e o celecoxibe. Os dois resultaram em novas moléculas, modificadas por estratégias da Química Medicinal, viabilizando sua proteção patentária e transformando iniciativas de inovação incremental – reposicionamento de fármacos - em radical – novas entidades químicas - evidenciando a importância da Química Medicinal nestes casos.

Não é possível esgotar este tema num único post, porém espero ter situado a questão do reposicionamento de fármacos, indicando que pode representar uma estratégia válida da inovação farmacêutica, onde a Química Medicinal tem importantes contribuições a dar.

Boas Festas e obrigado por lerem.

Convite: Interessados em mais informações sobre Reposicionamento de Fármacos podem acompanhar minha próxima apresentação no Webinário do INCT-INOFAR, dia 10/12/2020 a partir das 18h00, seguindo o link informado no nosso Instagran: @inct_inofar



domingo, 18 de outubro de 2020

Sobre a intuição dos Químicos Medicinais na missão de inventar fármacos

 Há algum tempo adotei o distanciamento social, radical, como estratégia de proteção pessoal contra o novo Coronavírus, incluindo o distanciamento digital neste blog! Entretanto, desde a última postagem, sobre minha expectativa no reposicionamento do remdesevir como sendo uma molécula útil para minimizar o agravamento do estado de pacientes internados pela Covid-19, acumulei muita leitura, não mais sobre a SARS-CoV-2, como sobre vários aspectos relativos à Química Medicinal, propriamente dita. Desta feita, vou compartilhar algumas conclusões que fiz nestas diversas leituras neste período de recesso digital!

Muita coisa mudou desde que o início de minha carreira docente na UFRJ, em 1984, que interferiram com a evolução da Química Medicinal, principalmente quanto à tecnologia e automação e em especial na computação. Nos primeiros tempos da Química Medicinal, alguns termos ainda eram timidamente usados, como otimização do composto-protótipo, que teve seu uso impulsionado pelo estudo da relação entre a estrutura química e a atividade (SAR), ainda que de certa forma empírica e empregando bioensaios in vivo para avaliar a atividade farmacológica desejada das substâncias em estudo. Há época, muito pouca atenção, ou quase nenhuma, era dada à relação entre a estrutura química e as propriedades (SPR), o que só veio a acontecer de forma mais rotineira pela compreensão da importância dos fatores farmacocinéticos na escolha (go-no go) de um novo composto-protótipo, para que pudesse ser considerado como verdadeiramente promissor. Talvez uma década se passou para que uma mudança houvesse reduzido o uso do rato Wistar em bioensaios e favorecido a predominância gradual dos ensaios in vitro nas abordagens de otimização dos compostos-protótipos. Esta mudança, em minha visão, foi promovida pelo melhor e maior conhecimento molecular dos alvos terapêuticos, inclusive a nível 3D. Muito desta nova postura dos Químicos Medicinais de então, se deveu às novas técnicas desenvolvidas pelo emprego do computador - que de certa forma observou à mesma época, uma popularização, especialmente aqueles de uso pessoal. Assim também se popularizou o termo “computer-assisted drug design (CADD)” que, por sua vez, foi impulsionado por significativos avanços da biologia estrutural, notadamente na cristalografia de proteínas e na modelagem por computador. Nesta conjuntura surgem, à mesma época, termos que se popularizaram entre os Químicos Medicinais, como as expressões “structure-based drug design (SBDD)” e “ligand-based drug design (LBDD)”, sendo que nos laboratórios da indústria farmacêutica que inventa fármacos, todos esses esforços iniciais para o desenho de moléculas candidatas a fármacos, empregando técnicas computacionais observaram um certo sucesso, embora talvez menor do que esperavam.

Os avanços tecnológicos em robótica e a triagem de alto rendimento, resultantes, em grande parte, dos esforços de miniaturização e das técnicas biológicas capazes de testar milhares de compostos simultaneamente, em curto tempo, criaram novas e otimistas expectativas, que também falharam na taxa de sucesso prevista, muito devido à pouca diversidade química, insuficiente nas enormes bibliotecas de compostos que estavam sendo sintetizadas, selecionadas e utilizadas. A combinação de ferramentas de triagem de alto rendimento e técnicas de SBDD/LBDD possibilitaram novas técnicas para abordagens empíricas e orientadas ao desenho de novos padrões moleculares. Aliás, entendo que do emprego rotineiro destas denominações SBDD/LBDD, originaram-se as expressões “pequenas-moléculas” (small molecules) para os hits e ligantes identificados, que motivaram, por sua vez, o surgimento dos termos “scaffold”, “motif”, privilegiados (“privilleged”) ou não, em contraste com as “grande moléculas” (os biorreceptores).  

O crescimento da Farmacologia, inclusive Molecular e as contínuas melhorias tecnológicas nesta disciplina, irmã da Química Medicinal e também central no  complexo processo da descoberta de novos fármacos inovadores, levaram a uma nova postura nos estudos capazes de antecipar níveis de segurança no eventual futuro uso dos compostos-protótipos identificados que passaram a ser precocemente investigados neste sentido. Surgem neste período os termos “off-target” e os ensaios em painéis de alvos de maior “druggability” versus outros “alvos de alerta”, indicando possível risco de efeitos tóxicos. Ferramentas assessórias, como a popularização do uso do caderno de laboratório (notebook) eletrônico e emprego de técnicas de purificação e determinação de pureza instrumentalizadas, aumentaram a eficiência e a temporança para os químicos medicinais. Avanços tecnológicos adicionais em quimiometria permitiram o manuseio e a visualização rápida de grandes conjuntos de dados e a triagem mais ágil de uma maior diversidade dos espaços químicos utilizados. Entretanto, estas abordagens mais recentes ainda não resultaram em resultados de impacto significativo, embora tenham encontrado lugar no arsenal de ferramentas que permitem aos “caçadores de novos fármacos”, descobrirem novos reais candidatos a estudos clínicos.

Os Químicos Medicinais de hoje sabem quando e como aproveitar essas ferramentas para lidar com alvos de complexidade molecular crescente, incluindo aspectos conformacionais de difícil previsão, entre aqueles fatores mais relevantes para o reconhecimento molecular de ligantes eficazes.


Os especialistas projetam para o perfil dos medicamentos que serão utilizados nas próximas décadas do século 21, a coexistência no arsenal terapêutico das pequenas moléculas e dos biofármacos e antecipam que o potencial de benefícios na aplicação do aprendizado de máquina (“machine learning”) já está no horizonte e será muito útil ​​para acelerar a descoberta de novos medicamentos. Novas tecnologias de produção (3DP) também nos aproximam do uso personalizado de medicamentos, em futuro próximo.

Em minha perspectiva, inventar moléculas de uso terapêutico, principal missão dos Químicos Medicinais, será, como já é, uma atividade científica desenvolvida por pessoas e jamais será substituída pela inteligência artificial e suas múltiplas ferramentas, nem que venham a ser desenvolvidos (sic!) algoritmos capazes de “traduzirem” a intuição dos autênticos Químicos Medicinais. O discernimento, criatividade e julgamento do Químico Medicinal qualificado, continuarão a ser qualidades marcantes e essenciais para o sucesso na identificação de novas “pequenas moléculas” de interesse terapêutico, que ao contrário do adjetivo oriundo do Norte do hemisfério, continuarão a ser as “grandes” moléculas que mudaram, mudam e mudarão o mundo. Sempre!

Obrigado por lerem!!

Cuidem-se!

quarta-feira, 29 de abril de 2020

Sobre o remdesivir e a SRAS-nCoV-19 (III)


         Nesta quarta-feira (29/04) conforme incluímos em nosso post prévio (10/04), a Gillead Sciences divulgou resultados bastante encorajadores dos ensaios clínicos de fase III, preliminares, com seu antiviral remdesivir um derivado nucleotídico modificado (vide estrutura em “Pequenas moléculas contra SRAS-nCoV-19: remdesivir (RDV))”.
         A novidade foi divulgada pelo Dr Anthony Fauci, médico infectologista, chefe da força tarefa norte-americana de combate à Covid-19. Segundo foi informado nos meios de divulgação da Casa Branca, este antiviral quando utilizado em pacientes com o diagnostico ainda inicial da SRAS-nCov-19, tiveram reduzido de forma expressiva o tempo de internação para 12 dias, no máximo, evidenciando efeitos terapêuticos benéficos ao controle da pandemia. Em pacientes em estado grave o uso do remdesivir acelerou as recuperações, aliviando a carga de pacientes nas UTI´s. Os ensaios clínicos de fase 3, foram realizados de forma randômica, empregando o uso de placebos. A Gilead divulgou, segundo Dr Fauci, que ca. 60% dos pacientes tratados em até 10 dias do surgimento dos sintomas da SRAS-nCoV-19 apresentaram uma recuperação mais rápida, validando a prova de conceito do uso deste antiviral nesta pandemia.
         Certamente estudos suplementares serão necessários para otimizar a eficácia deste eventual futuro fármaco, uma esperança a mais para o tratamento e o controle desta implacável pandemia.
         Obrigado por lerem.   

sexta-feira, 10 de abril de 2020

Pequenas moléculas contra SRAS-nCoV-19: remdesivir (RDV)

nCoV-19       
           O impacto dos números de pessoas infectadas pela SRAS-nCoV-19 não para de crescer e no Brasil a pandemia tem se mostrado agressiva com ca. 20.000 (>17% entre 07 e 09 de abril) infectados e 1060 mortos. [link].
    Os esforços em busca de um recurso terapêutico eficaz e seguro contra o nCoV-19 estão mobilizando grande parte da comunidade científica mundial. Alguns indicadores preliminares de sucesso se aproximam e nesta postagem vou tratar de um novo fármaco utilizado contra outras viroses (e.g. Ebola) que se encontra em estudos clínicos para o uso no tratamento da SRAS-nCoV-19. Trata-se do rendesivir (RDV, GS-5734), um novo agente antiviral da classe dos análogos de nucleotídeos modificados. É um análogo de adenosina, onde o sistema N-heterocíclico foi substituído por um anel pirrolo-pirimidínico substituído, atuando sobre RNA-polimerase viral. 
   Este medicamento antiviral foi desenvolvido pela Gilead Sciences (GS), empresa farmacêutica norte-americana com sede na California, descobridora do oseltamivir (TamifluR), um fármaco inibidor de neuroaminidase viral que mimetiza o estado de transição do mecanismo de ação enzimático e que posteriormente foi licenciado para a Roche e utilizado para o tratamento da influenza (H1N1, H3N2). A GS foi também a descobridora de outro antiviral inovador, o sofosbuvir (SovaldiR), inibidor da NS5B polimerase viral, primeiro antiviral com indicação para o tratamento da hepatite-C que se tornou um blockbuster com vendas mundiais na escala de bilhões de dólares anuais contribuindo com ca. 20% do faturamento global da GS, que em 2018, foi de US$ 22,1 bilhões.


   O RDV foi lançado no mercado em 2017, com indicação terapêutica para tratamento da síndrome provocada pelo vírus Ebola e posteriormente, demonstrou atividade contra outros vírus de RNA de fita simples como os vírus respiratórios do grupo do coronavírus (CoV) (e.g. MERS e SARS). 
 Dada a atividade anti-CoV do RDV, demonstrada em estudos pré-clínicos, este fármaco foi avaliado no tratamento de um dos primeiros pacientes com SARS-nCoV-19 nos EUA, utilizado por administração intravenosa [B. Cao, Mild/Moderate 2019-nCoV Remdesivir RCT – Texto em: ClinicalTrials.gov 2020]. Os resultados obtidos foram encorajadores e motivaram estudos clínicos controlados e duplo-cegos com ca. 2700 pacientes adultos, em pelo menos dois estudos [link; link], de maneira a permitir se avaliarem a eficácia e segurança do emprego do RDV, em pacientes hospitalizados com doença respiratória SRAS-nCoV-19 leve, moderada ou severa, em internação com e sem respiração mecânica. Os resultados destes estudos são aguardados para fins de abril com 308 pacientes e para o fim de maio de 2020, com 2400 pacientes.
O RDV é um pró-fármaco nucleotídico, sendo o produto de hidrólise da subunidade monofosforamidato de sua molécula, o monofosfato de nucleotídeo (GS-441524), que uma vez trifosfatado em sua hidroxila primária, representa a entidade ativa contra CoV, via inibição da RNA-polimerase viral.
   Para concluir, vê-se que o RDV, se vier a ser usado para tratamento da SRAS-nCoV-19, representará mais um exemplo de sucesso da estratégia de reposicionamento de fármacos (drug repurposing ou repositioning) e me parece bastante possível que muitas Big-Pharmas possam estar revisitando “suas” moléculas, inclusive de seus pipelines, para investigar eventuais efeitos terapêuticos sobre a SRAS-nCoV-19.   

     
    Obrigado por lerem.