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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. 

domingo, 5 de abril de 2020

Novamente sobre o novo coronavirus 2019 (II)

O novo coronavirus 2019 (nCoV-19; Figura 1) provoca a síndrome respiratória aguda severa (SRAS-CoV-19), que muitos autores consideram como pneumonia grave, sendo responsável pela pandemia que vivemos neste ano de 2020.
O impacto dos números de pessoas infectadas não para de crescer dia a dia e no momento em que escrevo já ultrapassou 1 milhão de infectados com ca. 70.000 óbitos no mundo [link]. A capacidade de contágio deste vírus surpreendeu muitos especialistas e os políticos responsáveis pelas medidas de saúde pública dos diferentes países, que o subestimaram. No Brasil a pandemia tem se mostrado bastante severa com ca. 11.500 infectados e ca. 490 mortos, nesta data e os esforços de todos tem ajudado no controle da velocidade de contágio.
Infelizmente ainda não dispomos de armas terapêuticas – medicamentos ou vacinas – para seu combate, o que agrava sua periculosidade e letalidade. Surgem diariamente relatos de substâncias que teriam demonstrado efeitos sobre o nCoV-19, mas sem a necessária comprovação de eficácia e segurança. A primeira menção foi a cloroquina (1) e a hidroxicloroquina (2) [Liu, J, et al., Hydroxychloroquine, a less toxic derivative of chloroquine, is effective in inhibiting SARS-CoV-2 infection in vitro. Cell Discov 2020, 6, 16 (2020). https://doi.org/10.1038/s41421-020-0156-0] . Esta última com indicação terapêutica para tratamento de quadros inflamatórios crônicos (e.g. artrite reumatoide), sendo classificada como um fármaco que modifica o quadro da doença reumática do paciente. A cloroquina, que lhe originou, é um fármaco com indicação original de antimalárico, que foi descoberta nos idos de 1939, a partir de informações obtidas dos soldados alemães capturados pelas forças militares aliadas no norte da África, durante a II Guerra  Mundial. A partir destas informações a santoquina (3) foi identificada como princípio ativo e estudada nos EUA até se chegar à cloroquina. Este fármaco se enquadra na classe dos derivados 4-aminoquinolínicos, subunidade inspirada na quinina (4), alcaloide majoritário de Cinchona officinalis, árvore sul-americana utilizada pelos nativos locais como antifebril, quando da colonização espanhola da América do Sul. A despeito de ser um medicamento antigo, a cloroquina tem sido investigada continuamente ao longo do tempo para novas eventuais indicações. Existem relatos de ensaios da cloroquina para 137 alvos-terapêuticos distintos, sendo um exemplo do interesse dos grupos de pesquisas, empresariais ou acadêmicos, que se dedicam à reposição de fármacos.
Os efeitos da cloroquina e da hidróxicloroquina sobre o nCoV-19 ainda não foram suficientemente comprovados e são bastante debatidos na literatura, comum e especializada. Alguns relatos indicam seus efeitos em pacientes com SRAS-nCoV-19, mas foram objeto de ensaios em pequeno número de pacientes, visto a dimensão alcançada pela pandemia no mundo, não sendo, portanto, validados. Outros relatos dedicam-se a estudos do uso destes derivados quinolínicos associados a outros fármacos antivirais, também estudados sobre o nCoV-19, como ribavarina, favipiravir [T-705], remdesivir [GS-5734], galidesevir [BCX4430].

Atualmente inúmeros grupos de pesquisa ao redor do mundo (e.g. Li G, De Clercq E., Nature Rev Drug Discov. 2020 (March 2020) v. 19, p. 149-150) estão estudando tenazmente várias abordagens terapêuticas possíveis para combater o nCoV-19, investigando possíveis alvos virais (e.g. 3-quimiotripsina-like protease; papaína-like protease; helicase; DNA polimerase;  glicoproteína de superfície spike [proteína S]), essenciais ao ciclo evolutivo do nCoV-19 (e.g. Yan, R. et al. Structural basis for the recognition of SARS-CoV-2 by full-length human ACE2. Science, 2020, (27 March 2020) v. 367, # 6485, p. 1444–1448), seja utilizando moléculas conhecidas ou inéditas, estas desenhadas in sílico a partir dos estudos computacionais com as estruturas 3D dos alvos, quando disponíveis. Alguns autores estimam que temos ca. 180 novas publicações semanais, sobre os diferentes aspectos do nCoV-19, algumas oriundas de laboratórios brasileiros.
Cabe menção a publicação recentemente feita por Liu e colaboradores (ACS Cent. Sci. 2020, 6, 315-331) do Chemical Abstract Service (CAS), uma divisão da American Chemical Society, que reuniram neste trabalho as informações publicadas sobre nCoV-19, incluindo as patentes e as substâncias disponíveis no CAS.
Obrigado por lerem.

domingo, 8 de março de 2020

Os produtos naturais e a Química Medicinal

     Os produtos naturais possuem uma enorme diversidade estrutural e química que não pode ser comparada a nenhuma biblioteca sintética de pequenas moléculas e continuam a inspirar novas descobertas na Química Medicinal.
     A história da medicina está repleta de notáveis passagens que ilustram como a descoberta de um produto natural impactou profundamente os avanços da terapêutica e inspirou a descoberta de novos medicamentos, originais molecularmente e inovadores terapeuticamente, atuando por novos mecanismos farmacológicos de ação (MoA).
      Vários exemplos, poderiam ilustrar estas afirmativas, especialmente entre os medicamentos anticâncer, como o placlitaxel e a camptotecina, ambos descritos por Wall e Wani, pesquisadores do NCI-EUA. Vários Nobelistas receberam o prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina e de Química, por suas excelentes contribuições científicas baseadas no estudo de produtos naturais. Podemos citar, Sir Alexander Fleming, Ernst B. Chain e Sir Howard Florey, premiados em 1945, pela descoberta da penicilina.
       A década de 50 do século passado, foi considerada por muitos autores como a Era de Ouro da descoberta de medicamentos de origem natural. Muito mais recentemente, o prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina foi concedido, em 2015, a William C Campbell, Satoshi Omura e Tu Youyou, três pesquisadores envolvidos no estudo de duas substâncias de origem natural como a avermectina e a artemisinina, que se tornaram importantes medicamentos para o controle de helmintoses e da malária, respectivamente.
 
     Neste post vou tratar de medicamentos analgésicos que se originaram de produtos naturais. Obviamente, um dos mais historicamente importantes produtos naturais, sob a ótica da Química Medicinal, não poderia ser outro além da morfina. Principal alcaloide do ópio, descrito em obras bizantinas, a morfina inspirou a descoberta de outros alcaloides estruturalmente relacionados, variando apenas na localização de grupos metilas em suas hidroxilas (e.g. codeína e tebaína). Se desde 1522, Paracelsus já mencionava as propriedades analgésicas do “elixir do ópio”, a morfina, foi isolada de Papaver somniferum, somente em 1804, por um farmacêutico alemão, Friedrich Setürner, que observando sua propriedade de provocar o sono a denominou morfina, homenageando Morfeu, o deus grego do sono. Em 1917, Setürner a comercializa como analgésico, através de sua companhia. Em 1927, é comercializada pela farmácia alemã que veio a ser a indústria farmacêutica Merck.
     A estrutura química da morfina só foi elucidada em 1925, por Sir Robert Robinson, juntamente com a codeína e a tebaína, mono- e bis-homólogos da morfina. Em 1952, Marshall Gates da Universidade de Rochester, descreveu a primeira síntese da morfina, 27 anos após sua estrutura ter sido descrita.
     Devido seus efeitos centrais promotores de dependência química, foi proscrita pela OMS sendo recomendado seu uso apenas em determinados casos de dores intensas. A identificação das propriedades alucinógenas do seu derivado diacetilado (heroína) reforçou o controle em seu uso. Inúmeras modificações estruturais foram introduzidas na molécula da morfina e em razão da presença de um álcool alilíco em sua estrutura, vários derivados rearranjados por tratamento ácido apresentavam estruturas mais simples. Destes estudos de degradação química identificou-se derivados 4-fenilpiperidinícos que preservavam as propriedades analgésicas centrais e vieram a produzir, em 1939, a meperidina (DemerolR) primeiro analgésico sintético inspirado na morfina.
     No campo dos analgésicos naturais encontra-se a epibatidina, alcaloide isolado em 1970, por John W Daly, NIH-EUA, da secreção de defesa de sapos equatorianos da espécie Epipedobates tricolor.  Esta substância de pequeníssima abundância natural possui em sua estrutura características peculiares que muito dificultaram a elucidação de sua estrutura química. A saber, a presença de um fragmento molecular 6-cloropirídinico, até então nunca identificado num produto natural. Ademais, a natureza 1-aza-biciclo[3.2.2.]heptano do sistema biciclíco conectado à unidade aromática clorada, também contribuiu bastante para dificultar os trabalhos de Daly e colaboradores na elucidação estrutural da epibatidina. Uma vez identificada, evidenciou-se a similaridade molecular que tinha com a nicotina, indicando que possivelmente poderia ser um ligante de receptores nicotínicos da acetil-colina (n-AChR). Desta forma, Daly e colaboradores da Abbott foram capazes de descobrirem as potentes propriedades analgésicas desta substância que se mostrou 100 vezes mais potente do que a morfina. Inúmeros esforços de pesquisa, realizados pela Abbott, levaram a identificação da tebaniclina (ABT-594) poderosa substância analgésica inspirada na epibatidina que preserva a unidade 6-cloropiridina, agora apresentando uma unidade espaçadora de 2 átomos (O e C) antes do anel azetidínico, homologo inferior da pirrolidina presente na nicotina. Esta substância preservou as potentes propriedades analgésicas do produto natural original, mas apresentou severos efeitos gastroirritantes em estudos de fase 2 para uso como analgésico em quadros de dor neuropática. A partir destes estudos, iniciou-se na Abbott (EUA), uma linha de pesquisas visando a identificação de novos agentes analgésicos para tratamento da dor neuropática, em curso até hoje.
     Pelo que procurei demonstrar, os PN’s foram e ainda são importantes fontes de inspiração molecular para os Químicos Medicinais, na busca por novos medicamentos inovadores.
Obrigado por lerem.