Linha do Tempo da Química Medicinal: assim nascem os fármacos - Parte IX

Entramos na nona parte desta Linha do Tempo da Química Medicinal e vamos tratar agora dos fármacos anti-virais que durante muitos anos foram considerados ineficazes, quando pouco se conhecia sobre o ciclo evolutivo destes microrganismos.

O início desta história se dá por volta dos anos 50, do século passado, quando identificou-se as propriedades biológicas da beta-tiossemicarbazona, uma das primeiras substâncias ativas. Até então, os virologistas insistiam em avaliar o eventual efeito anti-viral em antibióticos, então disponíveis. Obviamente que o insucesso desta abordagem foi imenso, até que em 1957, Isaacs e Lindenmann descrevem o interferon e seu efeito no vírus da hepatite-B. As viroses provocam doenças severas e graves como varíola, poliomielite, influenza (e.g. gripe da ave), hepatite, AIDS entre outras, e podem ser controladas de forma preventiva através de vacinas, em alguns casos, nossa Linha do Tempo da Química Medicinal não se ocupará desta vertente pois nossa vocação são somente os fármacos.

A quimioterapia anti-viral começa em 1959, com o idoxuridine (IDU), que é o 5-iôdo-2’-deoxyuridina (Figura), análogo sintético de nucleosídeos sintetizado nos laboratórios de William Herman Prusof (1920-2011) na Universidade de Yale, EUA. Este fármaco descoberto pelo “pai da quimioterapia viral” e se mostrou efetivo para o controle do vírus Herpes simplex (HSV), sobretudo em infecções de pele. Considerado um potente agente citotóxico, foi adotado para uso tópico, sendo empregado até hoje. Alguns anos depois, em 1964, surge a vidarabina (Ara-A), anti-viral descoberto Stanford Research Institute, sintetizado por Bernard R. Baker “copiando” a estrutura de dois nucleosídeos isolados de uma esponja caribenha (Tethya crypta)     que possuia uma sub-unidade arabinosídica no lugar da clássica ribose. A vidarabina é uma substância nucleosídica modificada, sendo um híbrido entre os nucleosídeos clássicos que contém ribose e aqueles isolados do organismo marinho. A clássica ribose foi substituída pela arabinose dos glicosídeos marinhos. Este fármaco antiviral, foi um dos primeiros que pôde ser empregado sistemicamente devido ao seu reduzido perfil tóxico. É ainda nesta época que surge a amantadina e uma molécula irmã, a rimantadine, ambas possuindo um sistema biciclico adamantânico, que se mostraram eficazes no tratamento da influenza, sendo um dos primeiros fármacos antivirais não–nucleosídicos, atuando ao nível de proteínas virais envolvidas no processo de replicação. O combate à influenza empregando estes fármacos permitiu identificarem-se a capacidade de desenvolvimento da resistência viral. Inúmeros estudos posteriores culminaram, em 1993, no surgimento dos fármacos antivirais inibidores de neuroaminidase (NA), como veremos infra.

Em 1970, Sidwell e colaboradores, trabalhando na empresa ICN Pharmaceuticals Inc.   sintetizaram a ribavirina, primeiro fármaco antiviral com amplo espectro de ação, ativo em várias famílias de vírus RNA e DNA. Vale mencionar que não se identificou desenvolvimento de resistência para este fármaco, indicando, provavelmente, o envolvimento de mecanismo indireto para sua atividade.

A história da origem dos fármacos anti-virais tem um capítulo muito significativo, representado pela descoberta do aciclovir (ZoviraxR), realizada pela Dra Gertrude Belle Elion (1918-1999),  nos laboratórios da Burroughs Welcome nos EUA e Welcome na Inglaterra. A contribuição da Dra Elion à Química Medicinal foi imensa pois seu nome está ligado a descoberta de vários fármacos: inter-alia 6-mercaptopurina para leucemia; azatioprina, imunosupressor; alopurinol, para o trtamento da gôta; pirimetamina, para a malária; trimetoprim, para infecções bacterianas). Por esta magnífica contribuição a Dra Elion foi indicada ao prêmio Nobel de Medicina, em 1988, compartilhando-o com seu colega de laboratório George H. Hitchings (1905-1998) e com Sir James W. Black (1924-2010), inventor do propranolol descrito na parte V desta Linha do Tempo da Química Medicinal. A descoberta do aciclovir marca o surgimento da segunda geração de análogos de nucleosídeos, sendo este fármaco o mais seguro da classe, com primeira indicação para do tratamento da infecção por HSV. Cabe mencionar que o prefixo a, representa a ausência do ciclo furanosídico da ribose do nucleosídeo, e a despeito desta dissimilaridade molecular, este fármaco é fosforilado por timidino-quinase viral resultando no mono-fosfato que por ação de outras quinases virais produz o tri-fosfato de aciclovir, ativo sobre a DNA-polimerase do HSV.

Nos anos 80, com a quimioterapia antiviral já bem estabelecida, surge um novo e tremendo desafio, representado pela descoberta do vírus da síndrome da imunodeficiência adquirida (SIDA = AIDS). Este vírus, da classe dos retrovírus (HIV) foi descoberto em 1983 e descrito numa publicação na revista Science (DOI: 10.1126/science.6189183) por Luc Montagnier, Françoise Barré-Sinouss  e colaboradores, do Instituto Pasteur, FR, o que valeu a estes pesquisadores o prêmio Nobel de Medicina, em 2008. O primeiro fármaco antiviral descrito para a AIDS foi o AZT (azidotimidina), derivado sintético da quimioteca da Burroughs Wellcome, Inglaterra, que foi bioensaiado contra o retrovírus HIV no National Cancer Institute (USA), e descrito em 1985 como inibidor efetivo de retroviruses. O mecanismo de ação do AZT consiste numa fosforilação da hidroxila primária do fármaco por quinases virais, levando ao trifosfato-AZT que é capaz de interagir e inibir a enzima viral transcriptase-reversa (TR), atuando como um agente terminador de cadeia. Após a descoberta do AZT inúmeros outros didesoxinucleosídeos, atuando por este mecanismo foram descritos. Identificaram-se ao nível da TR um sítio alostérico de interação que representaria um novo alvo-terapêutico possível para o combate a AIDS. Após inúmeros esforços de pesquisa nesta área, identificaram-se os anti-virais não-nucleosídicos inibidores de TR (NNRTIs = non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors) onde encontram-se nevirapina, delavirdina e efavirenz.

                 Estudos do genoma viral indicaram a existência de protease vírus-específica que poderia, também, representar um novo alvo-terapêutico para o tratamento da AIDS. Desta feita, tratando-se de um mecanismo de ação distinto abria-se enormes possibilidades representando possível tratamento de cêpas resistentes aos TR´i, assim como novas associações e combinações terapêuticas de maior eficácia. Os primeiros inibidores desta aspartato-protease viral surgem em 1995, representado pelo saquinavir, precursor do indinavir (1996) e ritonavir (1996), a seguir surgem o nelfinavir (1999) e amprenavir (1999) e por último o atazanavir (2003). O combate ao HIV ganhou importante recurso quimioterápico representado pelo maraviroc (2007), um novo agente anti-retroviral que atua ao nível de citoquinas (CCR5) presentes nas membranas de células imunoativas humanas, que são reconhecidas pelo vírus e facilitam sua internalização para as células do hospedeiro. Inibindo esta citoquina, previne-se a internalização do vírus prejudicando seu ciclo evolutivo celular.

A Linha do Tempo da Química Medicinal para concluir esta parte relativa aos fármacos anti-virais não pode deixar de mencionar aqueles que são eficazes no tratmento da gripe aviária (vírus H5N1; H1N1, H3N2), atuando como inibidores de neuroaminidase (NA), proteína presente no envelope viral cuja estrutura foi elucidada e teve seu mecanismo de ação esclarecido, regulando a internalização viral, por interação com resíduos de ácido sialíco de membrana de células plasmáticas do hospedeiro. Durante projeto de descoberta racional de fármacos anti-virais, análogos modificados do ácido siálico, levaram à identificação do zanamivir (1989; RelenzaR), primeiro inibidor de NA anti-viral, comercializado pela GSK, a partir de 1993. Embora eficiente, este fármaco, devido à sua baixíssima biodisponibilidade, é empregado por via nasal o que estimulou estudos subsequentes visando a identificação de NAi ativos por via oral. Estes estudos culminaram com a descoberta do oseltamivir (TamifluR), em 2009, que é um pró-fármaco, empregado na forma do precursor éster etílico, que por ação de esterases libera a forma ativa do inibidor competitivo de NA.

           Na próxima parte desta Linha do Tempo da Química Medicinal, a décima, trataremos da descoberta ou invenção dos anti-inflamatórios não esteróides de segunda geração (e.g. celecoxibe).

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Sobre as moléculas dos fármacos: os acetatos famosos

             Hoje me aconteceu de ler um artigo no Chemical & Engineering News (http://cen.acs.org; Chemical & Engineering News, 90, January 30, 2012) onde se comentava uma recente polêmica científica, referente à presença de arsênio (As) no DNA de organismos que vivem em ambiente rico em As, como a bactéria GFAJ-1, do lago Mono, nos EUA. Lá, pesquisadores identificaram nucleosídeos com arsênio no lugar do fósforo, em um autêntico exemplo de isosterismo na natureza. Decidi interromper a série Linha do Tempo da Química Medicinal, para incluir este post em homenagem ao Carnaval 2012. Claro que continuarei a série, em sua parte XIX, conforme prometido, tratando da descoberta/invenção dos fármacos antivirais, mas depois das festas de Momo!

Lembrei-me, ao ler a matéria do C&EN, de que os primeiros fármacos do século XX, nos idos de 1905, continham o elemento químico As e tinham indicações para o tratamento de doença sexualmente transmissível, como o SalvarsanR e o SalvarsolR, inventados por Ehrlich e Fourneau, respectivamente. Claro que o segundo se originou do primeiro, basta se olhar suas estruturas químicas, por uma estratégia que se fosse contemporânea seria chamada de simplificação molecular da arsefenamida, combinada com uma reação sintética, então na moda, como a acetilação. Claro que aos olhos contemporâneos, moléculas orgânicas contendo As (C-As; organo-arsenicais) não nos lembrariam, de forma alguma, fármacos! Talvez por associação livre de idéias, talvez por identificar um padrão molecular comum nestes fármacos pioneiros, representado pelo N-acetato de regioisomêros do aminofenol (em azul), me ocorreu que, provavelmente, aí se tivesse iniciado os fármacos “me-too”. Lá nos primórdios!

As estruturas químicas destes fármacos iniciais me chamaram a atenção para uma “coincidência molecular” representada pela presença de grupamentos acetatos, traduzindo talvez, por que não dizer, um “modismo científico”. Nos primórdios da Química Orgânica Sintética se dispunha de anidrido acético e já se conhecia a molécula do paracetamol (1886), embora suas propriedades anti-térmicas e analgésicas não o fossem, a acetanilida já era conhecida, desde 1878! Fruto da acetilação da anilina.

Ah, estes acetatos famosos !

As duas hidroxilas da morfina já haviam sido acetiladas (1895) para fornecer um fármaco, depois proscrito, que foi a heroína ou diacetil morfina comercializada pela Bayer. Não foi à toa, que a mesma empresa já havia acetilado o acido salicílico (1889) para chegar ao ácido acetilsalicílico (AAS), a AspirinaR que certamente tem grande parcela de responsabilidade na transformação de uma pequena empresa emergente, à época, como diríamos hoje, na Big-Pharma que é a Bayer atual. Quem, de minha geração, não lembrará do slogan da Bayer do Brasil: “Se é Bayer. É bom!” Tudo graças a um “reles” acetato de fenol de um ácido benzóico!  A hipótese do modismo do “acetila o que puder”, se mostra viável quando consideramos a estrutura da acetazolamida, primeira sulfa diurética, descoberta já nos anos 50, que revolucionou o tratamento de cardiapatias onde se empregavam diuréticos como coadjuvantes. Até então, eram usados compostos organo-mercuriais (C-Hg), com propriedades tóxicas e sendo, a exemplo do SalvarsanR de Ehrlich, também um fármaco organo-metálico! Mais uma coincidência. Será ?

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Linha do Tempo da Química Medicinal: assim nascem os fármacos (Parte VIII) - As estatinas

    Nesta nossa Linha do Tempo da Química Medicinal atingimos a oitava parte e vamos tratar do surgimento das estatinas, inovação terapêutica que originou todos os fármacos antilipêmicos, inibidores da enzima 3-hidroxi-3-metil-glutaril Co-A redutase (HMGCo-AR) com indicação para o tratamento e prevenção de doenças cardiovasculares de elevados índices de mortalidade.

   Desde 1950 são conhecidos os riscos que taxas sanguíneas elevadas de colesterol têm para doenças cardiovasculares, sendo o controle plasmático da sua forma ligada às proteínas de baixa densidade (LDL-C), fundamental para preveni-las.

   A busca por agentes terapeuticamente capazes de controlarem as taxas de colesterol plasmático, tem estimulado intensa atividade de pesquisa nos laboratórios das indústrias farmacêuticas que descobrem/inventam novos fármacos.

   O conhecimento de que a HMGCo-AR opera na biossíntese do colesterol produzindo o ácido mevalônico, essencial à formação das unidades C-5 que levam ao esqualeno, último precursor acíclico desta biossíntese isoprenóide, a credenciou como possível alvo terapêutico de fármacos antilipêmicos.

   A história das estatinas se inicia, em 1976, no Japão quando o microbiologista Dr Akira Endo, dos laboratórios Sankyo Co., buscando substâncias potencialmente antibióticas, isola do fungo Penicillium citrinum um derivado policetídeo (ML236B, Figura), que denominou compactina. Este produto natural apresentava em sua estrutura, características terpênicas com um esqueleto decalínico multi-substituído com quatro dos seus sete centros estereogênicos. Embora com alguma propriedade antibiótica identificada por Endo e seu grupo de pesquisas, este terpeno foi reconhecido pela presença da função delta-lactona-beta-hidroxilada, como capaz de mimetizar o intermediário envolvido na redução de HMGCo-A promovida pela HMGCo-AR em sua forma acíclica. Em 1979, ensaios in vivo em cães indicaram a redução do colesterol e a capacidade de inibir a enzima desejada com valor de Ki = 1,4 nM, comportando-se como inibidor competitivo de maior afinidade que o substrato natural. Estes promissores resultados na busca de um novo fármaco antilipêmico, confirmaram o acerto de Endo ao reconhecer a similaridade molecular entre a compactina e o substrato enzimático da HMGCo-AR. A descoberta deste inibidor natural incentivou diversos laboratórios de pesquisa a dedicarem esforços na busca de outras substâncias ativas sobre a  HMGCo-AR, sendo objeto de amplos estudos nos laboratórios da Beecham Pharmaceuticals, em Londres e na Merck Sharp Dohme (MSD), Rahway, New Jersey, EUA. Neste mesmo ano, pesquisadores da MSD, isolaram de outra fonte natural (Aspergillus terreus) um terpeno denominado mevilonina, posteriormente chamada lovastatina, como um alfa-homólogo em C-3 da compactina original de Endo. A compactina e lovastatina foram os compostos-protótipos na descoberta de outros HMGCo-AR inibidores (HMGCo-ARi). O derivado decalínico da MSD apresentava uma desvantagem estrutural em relação ao composto original de Endo. O sistema decaliníco da lovastatina possuía um centro estereogênico a mais, exatamente referente ao grupamento metila em C-3. Estudos sobre a relação entre a estrutura química e a atividade inibidora de HMGCo-AR nestes derivados decalínicos, indicaram, inicialmente, que a introdução de um novo grupamento metila na cadeia lateral em C-1, abolindo sua quiralidade e, portanto, favorecendo sua síntese, mantinha a atividade do produto natural. A forma aberta da lactona da lovastatina apresentava maior afinidade pelo alvo terapêutico (Ki = 0,6 nM), sendo mais ativa que a forma lactônica e corroborando a hipótese de similaridade molecular entre essas sub-unidades estruturais ao nível do sítio de reconhecimento da HMGCo-AR, enquanto que, ao mesmo tempo, atribuía caráter farmacofórico para esta sub-unidade estrutural oxigenada presente nestas substâncias. Estes resultados orientaram, em 1982, a realização dos primeiros ensaios clínicos com uma estatina, indicando significativa redução do LDL-C, com excelentes benefícios terapêuticos para os pacientes estudados. Em 1987, a agência regulatória norte-americana Food and Drug Adminstration (FDA) aprova a simvastatina (Zocor®), análogo sintético da lovastatina, três vezes mais potente, representando singela, mas astuta, simplificação molecular deste produto natural, visto que o centro esterogênico presente na cadeia de C-1 foi excluído. A simvastatina da MSD foi fruto de contínuos esforços de pesquisa da equipe comandada por Arthur A. Patchett e ingressou no mercado como o primeiro fármaco sintético atuando como inibidor de HMGCo-AR.

   Nesta época o principal metabólito ativo da compactina foi identificado nos laboratórios Sankyo do Japão, como sendo o derivado onde a função delta-lactona-beta-hidroxilada foi hidrolizada por esterases. Ensaios com este metabólito, o ácido-hidroxilado, denominado pravastatina demonstraram sua potente atividade inibidora de HMGCo-AR, sendo posteriormente lançada no mercado com as denominações de PravacholÒ e MevalotinaÒ, que foram as primeiras estatinas com a função lactona aberta, i.e. apresentando a sub-unidade farmacofórica ácido 3,5-diidroxieptanóico.

   Estudos de metabolismo subseqüentes, realizados com a compactina, indicaram que a posição C-3 do sistema decalínico era hidroxilada por ação das enzimas oxidativas hepáticas. O álcool secundário bioformado apresentava uma natureza alílica, com átomos de hidrogênio favorecendo sua desidratação por eliminação do tipo anti de uma molécula de água. O trieno formado aromatizava-se perdendo o grupo éster de C-1, aliás um bom grupo abandonador. Resultados similares foram obtidos nos estudos de estabilidade química da pravastatina em meados de 1980, indicando que os derivados aromáticos obtidos apresentavam atividade inibitória sobre a HMGCo-AR. Estas observações experimentais sugeriam que a sub-unidade  decalínica central teria caráter hidrofóbico no reconhecimento pela HMGCo-AR, podendo, portanto, ser estruturalmente modificada por sistemas aquirais aromáticos. Esta racionalização orientou a síntese de inúmeros derivados com o anel central aromático, representando, na linguagem da Química Medicinal, eficiente etapa de simplificação molecular do protótipo natural.

   A partir daí uma extensa série de análogos aromáticos foram descritos, sobretudo na literatura de patentes, contendo, diversos sistemas aromáticos, exemplificados por anéis imidazólicos, indolizínicos, pirazólicos, quinolínicos, pirrólicos, furânicos, tiofênicos, naftalênicos e indênicos, além de indólicos. Dentre muitos compostos ativos, o derivado indólico (XU 62-320), sintetizado em 1994 resultou na fluvastatina, primeira estatina a ingressar no mercado sem apresentar em sua estrutura o sistema decalínico quiral, presente na compactina original. Esta nova estatina possui como característica estrutural adicional, uma sub-unidade ácido heptanóico diidroxilado como substituinte do sistema indólico. Ademais, deve-se ressaltar a maior simplicidade estrutural deste fármaco, que não possui nenhum centro estereogênico no sistema lipofílico central, em contraste com os protótipos naturais que apresentam cinco centros quirais no anel decalínico original.

    Em 1991, foi lançado no mercado pela Pfizer outro me-too desta classe de agentes anti-lipêmicos, representado pela atorvastatina. Esta substância originada na empresa farmacêutica Parke-Davis, em trabalhos de Bruce Roth, possui o mesmo padrão estrutural das estatinas aromáticas, sendo o isóstero pirrólico e apresentando a mesma sub-unidade para-fluorfenila substituindo o anel heterocíclico central. A característica estrutural mais significativa da atorvastatina em relação à fluvastatina, reside em diferenças na natureza da cadeia ácida terminal que neste fármaco é saturada. A atorvastatina (LipitorÒ) foi o mais valioso me-too conhecido, tendo líder em vendas mundiais durante quase uma década, sendo o primeiro fármaco blockbuster capaz de superar a marca dos US$ 13 bilhões em vendas mundiais (2007), totalizando ca. US$ 100 bilhões em vendas durante período de vigência de sua patente, que expirou no principal mercado mundial (EUA) em 2011. O atraente mercado que representam as estatinas justifica o lançamento de mais um fármaco concorrente: a rosuvastatina (2003, CrestorÒ) pela Astra-Zeneca, que atingiu a marca dos US$ 7 bilhões em vendas mundiais em 2011, anunciando-se como nova estatina substituta da atorvastatina. Esta estatina apresenta o mesmo padrão estrutural não-decalínico, possuindo o anel central pirimidínico e a presença de uma função N-metil-metilsulfonilamina substituindo-o. Em 2009, surge a pitavastatina, derivado quinolínico de mesmas características estruturais gerais com Ki = 3,4 nM pela HMGCo-AR. As estatinas mais recentes apresentam como vantagens significativas sobre a atorvastatina uma maior biodisponibilidade oral (40% e 60%, respectivamente; atorvastatina = 12%) demandando menor dosagem posológica.

   A atorvastatina teve a vigência de sua patente vencida em novembro de 2011 tornando-se um fármaco genérico. Especialistas afirmam que será, provavelmente, o genérico de maior faturamento nos próximos anos. Uma nova síntese total foi realizada pelo Professor Luis Carlos Dias e o Dr Adriano S. Vieira no Instituto de Química da UNICAMP no âmbito do Instituto Nacional de Çiência e Tecnologia de Fármacos e Medicamentos (INCT-INOFAR) [http://www.inct-inofar.ccs.ufrj.br]   representando importante patrimônio intelectual para transferência de tecnologia ao setor produtivo industrial.

   A classe das estatinas representa aquela de maior faturamento em vendas mundiais por ano da história dos medicamentos, tendo se originado de produto natural de fungo, como a penicilina e fruto da perspicácia, tenacidade e numerosas pesquisas científicas contínuas e sistemáticas, envolvendo equipes interdisciplinares, industriais e acadêmicas, que colocaram a disposição das populações recursos terapêuticos inovadores no controle dos riscos de doenças cardiovasculares de elevado impacto epidemiológico. 

   Na próxima parte desta Linha do Tempo da Química Medicinal, trataremos do surgimento dos anti-virais que a partir do aciclovir, descoberto por Gertrude B. Elion, pavimentou a via de chegada aos fármacos anti-HIV.

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Linha do Tempo da Química Medicinal: assim nascem os fármacos (Parte VII)

   Nesta nossa Linha do Tempo da Química Medicinal atingimos a sétima parte e vamos tratar da invenção do captopril, inovação terapêutica que originou todos os fármacos inibidores da enzima conversora de angiotensina (ECA), ampliando, de forma inovadora, as alternativas para o tratamento e controle da hipertensão, severa doença crônica não transmissível de elevado índice de mortalidade (vide Parte V desta Linha do Tempo da Química Medicinal para a história do propranolol, outro fármaco anti-hipertensivo que atua por outro mecanismo de ação).

   Por uma feliz coincidência, assisti, ao final das atividades letivas de 2011, conferência do Professor Sérgio Henrique Ferreira, intitulada “Vivendo entre a hipertensão e a dor”, apresentada na solenidade de entrega do primeiro Prêmio Sérgio H. Ferreira, outorgado a Dra Danielle Gabriel Costa, como a melhor tese de doutorado do Programa de Farmacologia e Química Medicinal do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro (http://www.portaldosfarmacos.ccs.ufrj.br/atualidades_premiosferreira.html), quando pude apreciar o conferencista apresentar sua visão sobre a invenção do captopril.

   A história da invenção do captopril inicia-se em duas cidades do interior paulista. Em Ribeirão Preto, SP, mais precisamente na Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP), onde o Professor Maurício Oscar Rocha e Silva decide continuar seus estudos, iniciados na capital, sobre os efeitos farmacológicos do veneno da jararaca (Bothrops jararaca) e em Franca, não muito distante da Faculdade de Medicina da USP-RP, onde nasceu Sérgio Henrique Ferreira (SHF), em 1934. Nos idos de 1960, SHF realiza seus estudos médicos nesta Faculdade de Medicina e se junta ao grupo de pesquisa do Professor Rocha e Silva aonde conclui seu doutoramento, estudando os efeitos de peptídeos do veneno da jararaca na severa necrose tissular e profunda hipotermia provocada pela picada da serpente. Neste trabalho, identificou o fator de potencialização da bradicinina (BPF), peptídeo que parecia atuar, possivelmente, na inibição da enzima que a inativa. Algum tempo após, SHF ingressa no Institute of Basic Medical Sciences do Royal College of Surgeons, em Londres, Inglaterra, como pós-doutor, passando a trabalhar no laboratório de John Robert Vane, Professor de Farmacologia Experimental, que vinha dedicando esforços de pesquisa para identificar as causas da hipertensão. Em seu projeto, Ferreira estudava os efeitos do extrato do veneno em potencializar os efeitos da bradicinina e investiga sua ação sobre a enzima conversora de angiotensina (ECA), foco principal dos interesses de pesquisa de Vane. Os resultados indicaram potente efeito inibidor desta enzima, entusiasmando o grupo de pesquisas. Nesta época, Vane era também consultor científico dos laboratórios Squibb em New Brunswick, New Jersey, onde durante um seminário apresentou os efeitos anti-hipertensivos do teprotídeo, um nonapeptídeo cuja estrutura Glu-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-Ile-Pro-Pro (C53H76N14O12) fora elucidada, em Londres, no seu grupo de pesquisa, como sendo o BPF. Na platéia encontravam-se vários cientistas da Squibb, dentre os quais Miguel A. Ondetti, David W. Cushman e Bernrd Rubi, que em seguida passaram a estudar a obtenção de derivados sintéticos, inspirados no teprotídeo, devido aos importantes efeitos que apresentou sobre a pressão arterial em bioensaios com ratos e cães, capazes de preservarem seus efeitos inibidores e que permitissem seu emprego como fármaco de uso oral no controle da hipertensão. O árduo trabalho da equipe de pesquisadores da Squibb, liderados por estes cientistas, os levaram a obter diversos pequenos peptídeos modificados, resistentes a hidrólise ácida do trato gastrointestinal, autênticos peptóides. Chegaram ao derivado 2-metil-succinilprolina, com uma única ligação amídica, que em função da presença do grupo metila próximo à função amidíca da molécula que foi ativa em inibir a ECA, ainda que modestamente. A partir do conhecimento de que a ECA era uma metalo-enzima, dependente de zinco, os químicos medicinais da Squibb, decidiram incluír um grupamento tiol primário, grupo funcional relativamente raro em fármacos, à época, de forma a favorecer as interações efetivas do candidato a fármaco com a enzima-alvo, explorando a forte coordenação entre S-Zn. Desta forma substituiram ao grupamento carboxílico terminal do derivado succínico pelo tio-álcool obtendo o precursor do captopril, SQ-14.225, que se mostrou seletivo e potente, não apresentando atividade sobre outras peptidases, incluindo outras metalo-peptidases, e.g. carboxipeptidase-A. Quando testado por via oral, em ensaios pré-clínicos, ainda na forma racêmica, foi muito ativo apresentando IC50 sobre a ECA de pulmão de coelhos de 2,4 microM, sendo seus efeitos amplificados para 0,02 microM quando a forma enatiopura foi bioensaiada, surgindo, em 1975, o captopril que teve sua patente concedida em 1976 e passou a ser comercializado um ano após com o nome fantasia de CapotenR. Em 1980, a agência regulatória norte-americana, Food and Drug Administration (FDA) autoriza o uso do captopril para controle e tratamento da hipertensão nos EUA. Este fármaco foi o primeiro blockbuster da Squibb, superando a marca de US$ 1 bilhão em vendas anuais, até 1996 quando se tornou um medicamento genérico. Assim como outras inovações terapêuticas, o captopril inspirou o surgimento de vários outros fármacos me-too que compõem a classe dos inibidores da ECA.

   Devido às suas excelentes contribuições científicas John R. Vane (1927-2004) ganhou o Prêmio Nobel de Medicina, em 1982, compartilhado com Sune K. Bergstöm (1916-2004) e Bengt Ingemar Samuelsson, por sua contribuição também na elucidação do mecanismo farmacológico de ação do ácido acetilsalicílico (AAS), onde Sérgio H. Ferreira teve significativa participação e que será tema futuro neste blog.

   Na próxima parte desta Linha do Tempo da Química Medicinal, trataremos do surgimento das estatinas, fármacos indicados para o controle da taxa de colesterol plasmático, atuando como inibidor da hidroximetilglutarilcoenzima-A redutase (HMGCoAR) e que representam a classe terapêutica de maior faturamento em vendas mundiais da história de todos os medicamentos.

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Linha do Tempo da Química Medicinal: assim nascem os fármacos (Parte VI)

Nesta nossa Linha do Tempo da Química Medicinal atingimos a sexta parte e vamos tratar da invenção da cimetidina, inovação terapêutica que originou todos os antagonistas seletivos H2 para o tratamento e prevenção da úlcera péptica.

Em 1964, Bjorn Folkow e Georg Kahlson, trabalhando em Gottemburg, Suécia, publicam seus resultados de pesquisas obtidos durante ensaios com derivados sintéticos da histamina, apresentando substituintes alquila no anel heterocíclico imidazólico, descrevendo diferentes respostas sobre distintos tecidos e concluindo sobre a existência de mais de um tipo de receptores histaminérgicos. Nesta mesma época, Sir James W. Black que estava ingressando nos institutos de pesquisa da Smith, Kline e French (SK&F), em Welwyn, Inglaterra, após estada de sucesso na ICI, que resultou na invenção do propranolol (Parte V desta Linha do Tempo da Química Medicinal), postula a hipótese de que os conhecidos compostos anti-histamínicos, à época, não atuavam no controle da produção de suco gástrico provavelmente por não terem afinidade pelo sub-tipo de receptores, predominante no estômago. Os biorreceptores sensíveis aos anti-histamínicos conhecidos, ganharam a denominação sub-tipo H1, enquanto aqueles do estômago seriam denominados H2, hoje classificados entre os receptores acoplados a proteína G (GPCR´s). Em 1966, Black, William A. M. Duncan e Michael E. Parsons desenvolvem um modelo farmacológico capaz de detectar os efeitos de substâncias na inibição da produção do suco gástrico, em ratos anestesiados. A esta época, Charon Robin Ganellin, que retornava de um pós-doutoramento nos laboratórios de Cope nos EUA, passa a liderar o grupo de químicos medicinais da SK&F, que conta ainda com Graham J. Durant e John C. Emmett e inicia estudos de síntese de análogos da histamina incluindo na cadeia etil-amina a função guanidina, tema da especialidade de Durant. Após bioensaiar 200 derivados imidazólicos modificados, o composto guanilhistamina (-NH-C(=NH)-NH2) apresentou propriedades inibidoras da produção de suco gástrico induzidas por histamina, embora consideradas insuficientes e atribuídas à semelhança estrutural com a própria histamina, agonista natural dos receptores, visto a possibilidade de ionização do término da cadeia etílica deste derivado assim como ocorre com a histamina. Objetivando aumentar as propriedades inibitórias da produção do suco gástrico nos novos análogos, Emmett decide “diferenciar” estruturalmente ainda mais este composto inicial da histamina e obtém um isóstero do derivado guanilhistamina, com diferentes propriedades ionizáveis, trocando um átomo de nitrogênio do grupo guanidila, por um enxofre. Este composto N-metiltioureídico (-NH-C(=S)-NH-CH3) apresentou, como esperado, propriedades inibidoras da produção de suco gástrico induzidas por histamina. Observando esta melhora de atividade para o isóstero tioamídico, novas alterações moleculares foram imaginadas, sempre aumentando a diferença estrutural com o agonista natural, não seletivo. Desta feita, um aumento da cadeia lateral foi introduzido, visando distanciar o sítio ionizável terminal, do anel imidazólico. O novo bis-homólogo, denominado burinamida (Imidazolil-(CH2)4-NH(C(=S)NH-CH3; Nature 1972, 236, 385), apresentou-se como o mais eficiente dentre todos os derivados bioensaioados em termos de potência. Entretanto, quando administrado por via oral, mostrou-se desprovido de efeitos significativos, frustrando a equipe de Ganellin, mais uma vez. Objetivando superar esta limitação, decidem introduzir grupos alquila no anel imidazólico (Im) visando reduzir a tautomeria do sistema heterocíclico, eventualmente responsável pelo reconhecimento molecular diferenciado entre os dois sub-tipos de biorreceptores da histamina conhecidos à época, além de também modificar o sítio protonável deste sistema heterocíclico. Fruto desta estratégia nasce a metionamida (veja figura), em 1970, apresentando um grupamento metila no C-5 do sistema imidazólico e um átomo de enxofre isóstero do segundo metileno da cadeia butílica da burinamida. Este novo bioisóstero apresenta as propriedades desejadas sendo desta feita ativo per os. Infelizmente foi observado durante a fase de ensaios clínicos, que esta substância induzia desordens sanguíneas severas, que embora reversíveis, inviabilizaram seu uso terapêutico. Convencidos de que a natureza polar terminal na cadeia lateral devia ser mantida, Ganellin e seus colaboradores modificaram a função tiouréia, introduzindo outros grupos polares como o nitro. Assim o derivado com a unidade nitrovinila (-NH-C(=CH-NO2)-NHCH3) ou cianovinila (-NH-C(=CH-CN)-NHCH3) terminal, foram obtidos e se apresentaram bastante eficazes sem toxicidade. Desta feita, a limitação encontrada dizia respeito à baixa solubilidade aquosa o que dificultava, significativamente, o escalonamento sintético destes compostos de difícil purificação por cristalização fracionada (etanol-água), sendo portanto, novamente modificados estruturalmente, agora pela re-introdução da unidade cianoguanidila terminal (-NH-C(=N-CN)-NHCH3), presente nas primeiras séries investigadas. Este novo composto se mostrou eficaz, ativo por via oral, com adequada seletividade e atendeu todos os requisitos necessários a seu escalonamento sintético. Esta substância não apresentou toxicidade e foi denominada cimetidina. Como curiosidade cabe registro a ausência, ao nosso conhecimento, de relatos sobre estudos da estabilidade relativa dos três tautômeros possíveis da função ciano-guanidila terminal ou da configuração preferida do tautômero conjugado, possivelmente favorecido, E/Z da cimetidina.
A introdução terapêutica da cimetidina (TagametR; anTagonista-cimetidine) se dá em novembro de 1976 pela SK&F e revoluciona o tratamento da úlcera péptica, além de inaugurar a era dos fármacos, ditos blockbuster, capazes de superarem a marca de 1 bilhão de dólares americanos em vendas anuais. Várias cópias terapêuticas foram posteriormente introduzidas no mercado, tendo sido a ranitidina (Glaxo-Welcome) a primeira e a que foi capaz de suplantar a molécula pioneira em vendas e, como aquela, também ingressou no time dos fármacos blockbuster.

O Dr Ganellin apresentou durante a décima edição da Escola de Verão em Química Farmacêutica Medicinal, realizada, em 2005, na Universidade Federal do Rio de Janeiro, conferência onde descreveu sua versão da descoberta da cimetidina. Mais recentemente Ganellin se retirou da indústria e tornou-se docente na University College de Londres estudando novos ligantes para sub-tipos de receptores histaminérgicos (hoje são conhecidos quatro sub-tipos) de onde se aposentou, em 2010, aos 76 anos de idade.
A gênese da cimetidina exemplifica a genialidade de Sir James Black, Prêmio Nobel de Medicina, em 1988 (Parte V desta Linha do Tempo da Química Medicinal) e consolida a abordagem racional para planejamento de novos fármacos baseada na estrutura dos ligantes dos alvos terapêuticos (ligand-based drug discovery), estratégia da Química Medicinal que permitiu a invenção de fármacos inquestionavelmente inovadores que se tornaram essenciais à terapêutica, além de consagrar também a multidisciplinaridade do processo de inovação em fármacos, especialmente o casamento Química Medicinal e Farmacologia.

Na próxima parte desta Linha do Tempo da Química Medicinal, trataremos da invenção dos inibidores da enzima conversora de angiotensina (ECA) exemplificados pelo captopril.
Desejo a todos um muito próspero 2012.

Obrigado por lerem.