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sexta-feira, 29 de março de 2019

Serendipidade e a descoberta de fármacos: penicilina.

     Não fui capaz de me assegurar se este termo consta do Aurélio, pois a versão “soft” que tenho não é recente. O encontrei no dicionário Houaiss, on-line, acessível para assinantes no site Uol, com o significado: “aptidão, faculdade ou dom de atrair o acontecimento de coisas felizes ou úteis, ou de descobri-las por acaso”. Esta definição me levou a resumi-la como algo do tipo: “acidente feliz!”
Interessante que ao confirmar sua inclusão no vernáculo, pude constatar que muitas definições possíveis da Web, vincula-o às descobertas científicas. Portanto, cabe associá-lo ao processo de descoberta de fármacos, ou “drug discovery”.
Inúmeros autores já se debruçaram sobre este tema. Várias são suas listas, quanto aos fármacos frutos destes “acidentes felizes” e alguns estão presentes em muitas daquelas listas. Decidi que seria melhor focar num destes fármacos, tendo como possível critério de escolha, a presença unânime, se possível, ou uma presença majoritária e significativa em muitas delas. Daí emergiu a penicilina, cuja descoberta data de 1928, feita por Alexander Fleming, um médico escocês que trabalhava como microbiologista na Inglaterra, no início do século passado.
É fato que a descoberta da penicilina pode ser considerada, com justiça, como um feito científico diferenciado do século 20! Entendo que a penicilina mereça ser classificada como uma das “Moléculas da Vida”, pois foi a mãe dos antibióticos que deram “vida” a declaração de Pasteur: “La vie empeche la vie!”  Esta frase de Pasteur referia-se às propriedades que alguns organismos possuíam, através seus mecanismos químicos de defesa, que tornava-os capazes de matar predadores. De fato, esta frase de Pasteur, retomada no contexto de Fleming, traduz a base da antibioticoterapia! Substâncias oriundas de um organismo, que apresentam letalidade a outros.
Foi desta forma que Fleming iniciou a descoberta fortuita da penicilina, em seus laboratórios do Departamento de Inoculação do Hospital St Mary´s, em King Cross, Londres, numa tarde de setembro, tipicamente nublada do fim do verão londrino, de 1925. Diz a história que ele observou, ao regressar de férias ao laboratório, uma placa de Petri contaminada com inesperado halo de inibição, prevenindo o crescimento uniforme de uma cepa de estafilococos, lá dispersada. A proximidade desta placa à uma janela mal fechada, aos fundos do laboratório do andar em que ficava o seu, de microbiologia, parecia indicar uma contaminação fúngica, provavelmente vinda do andar inferior, onde havia um de produção de vacinas para alergias, utilizando fungos. A partir desta observação, a serendipidade aguçada de Fleming propiciou a identificação posterior do fungo contaminante (Penicillium notarum), e do efeito do componente químico produzido, responsável pela inibição do crescimento da cepa bacteriana de estafilocos na placa. Sua primeira publicação sobre o papel das propriedades antibióticas do fungo Penicillium spp. data de dezembro de 1928 e teve o título “Cultures of a Penicillium”.
Alguns anos se passaram até que um pesquisador australiano se associou à Cátedra de Patologia da Universidade de Oxford, Howard Florey, em 1932, e se interessou pela penicilina descrita por Fleming. Em seguida, em 1938, Ernst D. Chain, um químico da mesma Universidade de Oxford, se debruçou no estudo da instabilidade química da penicilina. Os trabalhos destes grupos resultaram numa publicação, em 1949 e tiveram suporte financeiro posterior, da Fundação Rockefeller, de Nova Iorque, EUA, que propiciou o isolamento e produção fermentativa da penicilina, ainda em pequena escala. Outros pesquisadores se associaram, posteriormente, à equipe de Chain & Florey, como Edward Abraham, que foi responsável pelos estudos de estabilidade química da penicilina, constatando que não resistia a acidez do trato gastrointestinal.  
Alguns autores associam a penicilina aos estudos sobre o uso da via injetável para a administração de fármacos. Não fosse devido à sua labilidade química, prevenindo seu uso por via oral, provavelmente não se teria aprendido, tão cedo, sobre a utilização das vias injetáveis para a administração de medicamentos. Também pode-se associar à penicilina, uma das primeiras iniciativas exitosas de se aproximar o setor acadêmico, onde iniciou-se a história da penicilina, à indústria. Esforços de Chain, junto às empresas inglesas da época como Burroughs Welcome, Boots Co., Imperial Chemical Industries (ICI), para a produção em escala da penicilina, não lograram sucesso. Por outro lado, Florey fez o mesmo tipo de esforços junto a empresas americanas, como Merck Co., E. R. Squibb & Sons, Charles Pfizer Co. e Lederle Laboratories. Após alguns recuos, Merck, Squibb e Pfizer concordaram em associarem-se num esforço conjunto para produzirem penicilina. Algum pouco tempo depois, as empresas Abbott, Eli Lilly, Parke, Davis Co., Upjohn Co. e Wyeth juntaram-se para, em novembro de 1942, nos laboratórios desta última, produzirem a primeira batelada de penicilina. Concomitantemente a estes esforços de desenvolvimento da penicilina, nos laboratórios Dyson Perrin da Universidade de Oxford, Sir Robert Robinson e colaboradores, estudavam métodos de síntese da penicilina, objetivando elucidar sua estrutura química. Em fins de 1943, pesquisadores de Oxford e da Merck concluíam que a penicilina teria uma das duas possíveis estruturas (1) ou (2):
A primeira (1) com um sistema benzil-oxazolona ligado ao anel tiazolidínico, enquanto que a estrutura alternativa (2) teria um raríssimo anel de quatro membros b-lactâmico, fundido ao mesmo anel dieterocíclico. Um esforço inter-laboratorial foi iniciado, visando obterem-se sinteticamente, ambos compostos, para comprovação da sua estrutura química. A despeito destes esforços, envolvendo inúmeros laboratórios em ambos lados do Atlântico, nenhum resultado conclusivo emergiu.
 
 
A partir de 1948, a penicilina passou a ser prescrita contra várias infecções até então letais, merecendo, portanto, a classificação de molécula salva-vidas, surgida pela observação perspicaz de Sir Fleming. Não somente por justiça e reconhecimento, mas por mérito científico A. Fleming, H. Florey e E. B. Chain foram agraciados com o Nobel de Fisiologia e Medicina em 1945, assim como D. C. Hodgkin que, em 1964, ganhou o Prêmio Nobel de Química, tendo sido a primeira inglesa premiada.
Muitos outros fármacos de grande importância terapêutica surgiram, fruto de “acidentes felizes”, ou serendipidade, merecendo citação a clorpromazina (3), clordiazepóxido (4), imipramina (5), simvastatina (6) e sildenafila (7), para nomear apenas alguns, distribuídos cronologicamente. Especialistas e estudiosos do tema afirmam que ca. 24% dos fármacos disponíveis no arsenal terapêutico contemporâneo originaram-se do processo de serendipidade, diretamente, como vários “first-in-class” e outros membros seguintes da classe terapêutica (me-too). Por exemplo, após a simvastatina (6), primeiro fármaco da classe das estatinas, vários me-too apareceram posteriormente, destacando-se a atorvastatina (8), considerada a segunda geração da classe destes anti-lipêmicos inibidores da enzima hidróximetilglutaril-CoA-redutase (HMGCoA-R), fármaco recordista em vendas na história dos medicamentos, rendendo à Pfizer o montante de  >US$ 150 bilhões durante o tempo de vigência de sua patente, que esgotou-se em 2011.

Espero ter exemplificado neste post a importância da serendipidade (= perspicácia + atenção) e da sorte que, segundo Pasteur, em Ciência, sempre sorri para quem trabalha e está “ligado” no seu projeto de pesquisa. Portanto, pós-graduandos, cultivem e aprimorem sempre vossa serendipidade, pois na descoberta de fármacos também pode ser um importante ingrediente!
Obrigado por lerem.


sexta-feira, 8 de fevereiro de 2019

Mais sobre a 25ª EVQFM

   Nesta 25ª edição da Escola de Verão em Química Farmacêutica Medicinal (EVQFM; 2019), tivemos 115 inscritos, com vários representantes de vários estados do País. Participaram também, profissionais brasileiros e do Peru e Uruguai. Entendo que foi uma edição de sucesso com palestras/conferências bastante instigantes de profundo teor científico, com exceção daquela que me coube fazer sobre os 25 anos da EVQFM. Lembro-lhes que todas as conferências e cursos estarão no site http://www.evqfm.com.br/xxv_evqfm/ logo, logo! Confiram!
   Não vou repetir-lhes o que poderão conferir no site sobre o dia a dia da Escola, no diário divulgado na página. Estou interessado em compartilhar a experiência do curso “Grupos Funcionais em Química Medicinal” que ofereci nos dois últimos dias desta 25ª EVQFM
Primeiro sobre a motivação! Parece-me que temos um hiato entre a visão que a Química Orgânica nos dá pelo ensino dos grupos funcionais (GF´s), de forma compartimentada, seguindo uma cronologia que se inicia pelos hidrocarbonetos, seguindo pelos produtos de oxidação, os álcoois e depois dos haletos de alquila, chegando às carbonilas cetônicas e aldeídicas para depois ingressar nos ácidos carboxílicos, seus cloretos, amidas e por ai vai! E a visão que necessitamos na Química Medicinal, onde as moléculas em geral são, em sua enorme maioria, polifuncionalizadas, com “algumas preferências” por certos GF´s, visto a abundância de sistemas heterocíclicos, em grande parte nitrogenados, em muitas das moléculas dos fármacos. Não pensem que são mononitrogenados apenas, não! Muitos são multi-nitrogenados e policíclicos...., não raramente com mais de dois heteroátomos em suas moléculas..., há quem afirme que mais do que 80% das moléculas dos fármacos possuem pelo menos um sistema cíclico e que em sua absoluta maioria, são aromáticos! Se quiserem comprovar, comparem as estruturas químicas abaixo dos seguintes fármacos: aciclovir, propranolol, captopril, ciprofloxacina, fluoxetina, celecoxibe, para citar apenas estes. No minicurso usei 11 fármacos de grande importância terapêutica, como estes seis, para ilustrar a predominância de anéis aromáticos nestas moléculas! Em seis fármacos temos 14 anéis, apenas um não aromático!!!!


Até aqui não se justifica as visões distintas entre como a Química Orgânica (QO) vislumbra os seus grupos funcionais e como a Química Medicinal o faz! O que permite olhares distintos é o estudo das propriedades e reatividades. Na ótica da QO estes fatores são primordiais e os estuda com maestria, função por função! Na Química Medicinal não há como fazê-lo função por função, visto a natureza polifuncionalizada dos fármacos. Aí reside a diferença de olhares que a ideia do minicurso procurou abordar. Claro que partindo da dicotomia entre reatividade e propriedades... Hoje em dia o Químico Medicinal aprendeu a valorizar também a relação entre as estruturas polifuncionalizadas de suas “pequenas moléculas” e as propriedades químicas (RSP), além da classicamente estudada relação entre estrutura e a atividade (REA)!!!

Pois foi neste espaço que fiz o minicurso! Devo dizer, que foi muito interessante e divertido prepara-lo. Muita leitura e estudo, para encontrar os exemplos certos que poderiam motivar a audiência, sempre muito heterogênea como  são geralmente nas EVQFM´s. No fundo, tudo não passou de um tempero entre propriedades químicas, reatividade e atividade biológica, passando, um pouco, por metabolismo e interações moleculares, do que resulta o perfil de interesses do estudo da Química Medicinal.

O curso em suas duas partes vai estar também em pdf na página da 25ª EVQFM, muito em breve! Confiram.

          Obrigado por lerem.

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domingo, 13 de janeiro de 2019

25a Escola de Verão em Química Farmacêutica Medicinal




Na manhã da segunda-feira, do dia 23 de janeiro de 1994, iniciavam-se as atividades da I Escola de Verão em Química Medicinal, nas dependências do Centro de Ciências da Saúde da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Tinha como principal missão divulgar os aspectos científicos da Química, de caráter interdisciplinar, dedicada a compreender as bases moleculares da ação dos fármacos e contribuir para a descoberta racional de novos candidatos a fármacos. Ademais, a EVQFM visava também contribuir para melhor definição e identidade da Química Medicinal no País, como uma atividade de extensão universitária capaz de atualizar estudantes de graduação, pós-graduação e profissionais em princípios, fundamentos e temas atuais da disciplina.

Não passava em nossa cabeça, à época, que atingiríamos sua vigésima quinta edição, celebrada neste janeiro de 2019, a partir do próximo dia 21. Sua realização anual, de forma ininterrupta, ao longo deste período, propiciou o aprimoramento de centenas de estudantes (>2500), de graduação e pós-graduação, assim como diversos profissionais, que frequentaram as vinte e cinco EVQFM. Nesta 25ª edição, deste janeiro de 2019, serão 115 inscritos, com representantes de vários estados brasileiros e  do Peru e Uruguai.

Interessante registrar que, a partir da 18ª edição, ocorrida nos dias 23 a 27 de janeiro de 2012, iniciou-se uma inversão etária na audiência da EVQFM. A partir de então sua audiência começou a ter participantes mais jovens que o número de sua edição! Nesta vigésima quinta edição, a maioria dos participantes, provavelmente, terá este perfil, o que é um forte indicador da longevidade da EVQFM.

Ao longo da trajetória da EVQFM muito foi aprendido e ensinado. A Química Medicinal evoluiu enormemente neste período. Novas tecnologias foram introduzidas, com abordagens, estratégias e técnicas inovadoras, em contínua evolução, sempre objetivando o conhecimento molecular da ação de novos candidatos a fármacos.

Vários eminentes pesquisadores, inventores de importantes medicamentos do atual arsenal terapêutico, juntaram-se à EVQFM, em algumas de suas edições para contar-nos suas aventuras científicas de sucesso. Entre eles, podemos destacar o saudoso Professor Camille G. Wermuth, da Universidade de Estrasburgo, França, responsável pela descoberta da minaprina; Robin Ganellin, inventor da cimetidina, primeiro antagonista seletivo de receptores histaminérgicos do subtipo-2; Dr Helmut Buschmann, da Alemanha, inventor do analgésico tapentadol; Dr Jan Heeres, descobridor do antiviral rilpivirina; Dr Jörg Senn-Bilfinger da Universidade de Sttutgart, Alemanha, responsável pelo pantaprazola e da Inglaterra, Sir Simon Campbell, inventor da sildenafila (Viagra®; Pfizer). Para nossa alegria Sir Campbell novamente comparece nesta 25ª edição. O Professor Pier Giovanni Baraldi, da Universidade de Ferrara, Itália, é um dos campeões de participação na EVQFM e está mais uma vez nesta 25a edição, comemorando sua quarta participação (2009, 2012, 2014) sempre abrilhantando-a. Outro campeão de participações é o Professor Stefan A. Laufer da Univeridade de Tübingen, Alemanha que participou da XVI, em 2010 e XX, em 2014, estando mais uma vez nesta 25ª edição. Dentre os Colegas brasileiros também temos alguns campeões em participações e nesta 25ª teremos a presença da Professora Elizabeth Igne Ferreira (USP), que esteve na 1ª edição, ministrando um dos primeiros minicursos, naquela ocasião um sobre “Latenciação de Fármacos”. A Professora Vera L. Eifler Lima da UFRGS participou de algumas EVQFM e também estará presente nesta 25ª edição. Participarão nesta 25ª edição como conferencistas os Professores Luiz Antonio Soares Romeiro (UnB) e Cláudio Viegas Jr (UNIFAL), numa forma de homenagear todos aqueles que iniciaram como participantes inscritos, em alguma EVQFM e que vieram a adotar a Química Medicinal em suas carreiras científicas, tornando-se docentes da disciplina em diversas IES.

Esta 25ª edição homenagearemos o seu primeiro palestrante, na 1ª Escola de Verão em Química Farmacêutica Medicinal, meu Colega da UFRJ, Professor Titular Paulo M. Bisch, do Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho. Em seu nome a EVQFM, agradece todos que muito abrilhantaram-na ao longo desta trajetória.

Finalmente, nesta 25ª edição decidi aproveitar o simbolismo da data e “largar o osso”! Afinal, depois desta jornada de 25 anos como Coordenador Científico da EVQFM, entendo que já é chegado o momento de passar o bastão desta tarefa para os mais jovens, na certeza que continuarão aprimorando-a com roupagem mais moderna à altura da evolução da Química Medicinal contemporânea. Continuarei contribuindo sempre que solicitado, mas sem o ônus da Coordenação Científica. Tenho a convicção que foi possível chegar até aqui pelo engajamento desinteressado dos incansáveis membros das várias Comissões Organizadoras, especialmente dos inúmeros monitores, a quem agradeço vivamente na pessoa de Gabriela Barreiro, primeira monitora na 1ª EVQFM.

Nestes vinte e cinco anos de coordenação científica tivemos muitas tarefas gratificantes, ministrando vários minicursos e conhecer vários Colegas, de muitas e diferentes partes do mundo construindo novas amizades, fundadas no respeito mútuo.

Existem momentos, nas diferentes fases de nossas vidas em que, afinal pensamos compreender o valor das amizades! A EVQFM me ensinou muito, especialmente a ser um eterno aprendiz, mesmo enquanto Professor.
          Obrigado por lerem.

segunda-feira, 10 de dezembro de 2018

Mais sobre os carbamatos & os fármacos


Neste post, próximo a mais um Natal, vou exemplificar como podem os grupos funcionais cooperarem, de forma a promoverem a formação de espécies químicas de reatividade distinta de cada um isoladamente. O exemplo que vou utilizar é o da mitomicina C, quimioterápico oncolítico de origem natural, descrito em 1950, por pesquisadores japoneses, isolado de cepas de   Streptomyces caespitosus.  Este fármaco possui em seu esqueleto tetracíclico, grupos funcionais distintos como carbamato primário (em azul), a função para-quinona (em lilás) e um grupo aziridina (em verde) - análogo aos epóxidos, mas nitrogenado.

     O estudo do mecanismo molecular de sua ação, como agente intercalante do DNA, evidenciou a formação de aduto covalente duplo, distinto daquele simples que se originaria da reação nucleofílica com bases nitrogenadas do DNA, sobre o anel aziridínico, conforme ilustrado a seguir:
  O grupo funcional aziridina (em verde), possui elevada tensão angular em seu ciclo de três membros nitrogenado, pois tendo hibridação sp3 de ângulo 109,50 característicos, apresenta ângulo de ligação em 600, que atribui ao sistema aziridínico, sua elevada reatividade, mimetizando o de um epóxido.
  O estudo do mecanismo molecular de ação da mitomicina C (V.N. Iyer, W. Szybalski, Proc. Nat. Acd. Sci 1963, 50, 355) evidenciou que a formação do aduto nucleofílico duplo, envolve a cooperação de todas suas funcionalidades. A figura seguinte exemplifica isso:
 
Ao nível da função para-quinona (em lilás) ocorre uma biorredução, produzindo o intermediário reativo bis-fenolíco. Em seguida, esta espécie sofre eliminação de HOMe, produzindo um iminium no sistema biciclo[3.3.0]aza-octano contido no padrão tetracíclico da mitomicina C. A subsequente abstração de Ha leva à formação do intermediário estirênico ativado que, em seguida, tem o hidrogênio ácido de uma das hidroxilas fenólicas abstraído por base, levando ao substrato reativo da primeira adição nucleofílica do tipo 1,6 por base nitrogenada do DNA, sobre a função dienona transiente. O primeiro aduto mitomicina C-DNA é bioformado, apresentando uma função carbamato alílica, que pode então contribuir para a formação do aza-dieno intermediário, substrato para o segundo ataque nucleofílico, agora intramolecular, promovido pelo aduto inicial, produzindo a espécie final bis-aduto mitomicina C-DNA.
            Este mecanismo molecular racionaliza uma possibilidade para explicar a ação deste fármaco ao nível do DNA. A mitomicina C atua, devido sua reatividade química, em outros alvos terapêuticos (e.g. tioredoxina redutase; M.M. Paz et al., Chem. Res. Toxicol. 2012, 25, 1502) sendo, portanto, um fármaco multialvo.
     Este exemplo ilustra como a elucidação do mecanismo molecular de ação de um fármaco, através do conhecimento da participação dos grupos funcionais, que neste caso de forma cooperativa, modifica a reatividade de cada um, produzindo espécies reativas próprias, responsáveis por mecanismos moleculares de ação distintos daquele se considerada a reatividade de cada grupamento funcional, isoladamente. Neste post utilizando um fármaco natural polifuncionalizado – mitomicina C – identificamos a função carbamato primário que, em processo envolvendo os outros grupos funcionais da molécula – para-quinona e aziridina – é ativado ao carbamato alílico, que atua como grupamento abandonador, de caráter farmacofórico, para promover a formação do intermediário eletrofílico transiente que produziu o aduto duplo mitomicina C-DNA, em processo de bioativação redutiva enzimática, único.
           Obrigado por lerem.