Produtos Biofarmacuticos Prospeco de novos frmacos in silico

Produtos Biofarmacêuticos üProspecção de novos fármacos “in silico” üBancos de dados para "Drug design“ üBiofármacos, plantas e organismos marinhos. Curso de Biotecnologia-EACH/USP Profa. Dra. Tânia Viel

Na última aula. . . Sistemas de ensaios Enfoque fenotípico Farmacologia Prospectiva ou Farmacologia Clássica Enfoque baseado no alvo Farmacologia Reversa ou Biologia Química Reversa

Enfoque baseado no alvo A ligação ou não ao alvo Passo importante para o total desenvolvimento do fármaco. Ensaios in silico Modelagem molecular Criação de modelos computacionais ou simulações Avançar a medicina e a terapêutica Vantagens: Velocidade de execução Baixo custo Racionalizar o uso de animais

Ensaios in silico Triagem virtual de candidatos a fármacos. Duas áreas: Desenho de fármacos baseado no ligante Desenho de fármacos baseado na estrutura Aprendizado de Máquina Técnicas de transferência de aprendizado para descoberta de novos fármacos. Previsão da estrutura do alvo. Construção de modelos para prever/classificar a atividade biológica de novos ligantes. Descoberta ou otimização de compostos líderes. Construção de modelos para prever perfis farmacocinéticos ou toxicológicos.

Áreas onde a AM é empregada Estrutura 3 D da molécula -Estrutura cristalográfica -RMN -Modelagem por homologia Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Classificação: comparação com um banco de dados de compostos Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

“Quantitative structure-activity relationship”: Estudos quantitativos relacionando as propriedades estruturais e eletrônicas da molécula com a atividade biológica. Comprovação da ligação depende de testes biológicos. Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Esqueleto molecular (phoros) que contém as características essenciais para a atividade biológica de um fármaco (pharmacon). Assegurar interações moleculares apropriadas em relação a um alvo, visando modular sua atividade biológica. Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

AAS e COX-2 Esqueleto molecular (phoros) que contém as características essenciais para a atividade biológica de um fármaco (pharmacon). Assegurar interações moleculares apropriadas em relação a um alvo, visando modular sua atividade biológica. Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Objetivo desses métodos: Como o ligante liga no sítio ativo do alvo. Interações específicas entre o ligante e a proteína Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Estrutura 3 D do alvo. Identificar compostos de base de dados com atividade farmacológica promissora. Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Estrutura 3 D do alvo. Identificar compostos de base de dados com atividade farmacológica promissora (experimental) (teórica) Investiga-se um conjunto de conformações do complexo ligante-receptor. As conformações são classificadas em ordem de prioridade, de acordo com suas estabilidades energéticas. Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Comportamento dinâmico de um sistema molecular é simulado a partir da integração numérica das equações de movimento. É possível estimar a potência de um fármaco. Lima et al. , Use of machine learning approaches for novel drug discovery.

Enfoque baseado no alvo Alvo relacionado a determinada doença é identificado O alvo precisa ser validado Estudos in vitro ou in vivo. Demonstração da presença da proteína ou m. RNA. Demonstração de que a modulação do alvo leva ao efeito esperado. Demonstração que o alvo possui um efeito causal em produzir o fenótipo da doença. Doença de Alzheimer, Asma, Diabetes: Doenças multi-fatoriais Múltiplos alvos para terem efeitos clínicos significativos

Ação do H 2 O 2 em células Interage com: - membrana - DNA Envelhecimento celular Doença de Alzheimer

Ação do H 2 O 2 em células Interage com: - membrana - DNA Envelhecimento celular Doença de Alzheimer Deposição do peptídeo beta-amiloide Enovelamento neurofibrilar Perda de neurônios e sinapses Processo inflamatório Doenç a mul ti-fato rial

Uso de modelos in silico por agências reguladoras “Diretrizes e boas práticas para aplicação e validação de modelos in silico no Brasil com fins regulatórios” Alternativas para avaliação da toxicidade de substâncias. Para determinar perfil ADME-Tox Absorção, distribuição, metabolismo, excreção e toxicológico. Por QSAR Antecipar dados de solubilidade Permeabilidade à membrana Volume de distribuição e ligação a proteínas plasmáticas Interações de enzimas do citocromo P 450 (CYP 450)

Bibliotecas virtuais Devem fornecer compostos com maior grau possível de diversidade molecular. Conhecidos e consagrados por sua atividade biológica ou terapêutica. Sintetizados e disponíveis para ensaios biológicos. Moléculas hipotéticas (desenhadas, mas não sintetizadas). Produtos de origem natural. Disponibilidade comercial ZINC: 20 mi de compostos Propriedades “drug-like” Perfil ADME-Tox caracterizado Reduz tempo de desenvolvimento e minimiza inviabilidade de aplicação clínica.

Fontes de novos fármacos Biofármacos Produtos Naturais

Biofármacos “Revolução da Biologia Molecular” (anos 1950) Insulina (extraída do pâncreas de porcos) GH humano (extraído da hipófise de cadáveres) Dificuldades de extração Baixo rendimento Provocar resposta imunológica Transmissão de agentes infecciosos (prions infecciosos) 1970: doença de Creutzfeldt-Jakob Advento da engenharia genética

Biofármacos Proteínas Hormônios recombinantes e anticorpos monoclonais 1ª geração Cópias diretas de hormônios humanos Transfecção do gene humano para um sistema de expressão: linhagem celular que produz com bom rendimento Coleta e purificação da proteína Utilização como fármaco Insulina recombinante humana (1982)

Biofármacos 2ª geração Fabricados. Genes modificados para formar uma proteína alterada. Melhorar algum aspecto do perfil de atividade. Ex: Insulinas humanas para agirem com maior rapidez ou por tempo prolongado. Ex: análogo do fator VIII da cascata de coagulação Para hemofilia: forma molécula menor e com melhor atividade

Biofármacos 3ª geração Proteínas são concebidas, desde o começo, para determinada função biológica. Ainda em estudo.

Anticorpos monoclonais como fármacos

Vantagens: - Atacar um antígeno específico. - Redução de reações imunológicas. - Linhagem celular do Ac pode ser mantida indefinidamente. Exs: Trastuzumabe: Receptor do fator de Crescimento epidérmico 2 = Para câncer de mama Omalizumabe: Imunoglobulina E = Para asma mediada pela Ig. E

Produtos Naturais Plantas Medicinais Alimentos Funcionais

Informação popular Extração do princípio ativo Caracterização química Avaliação do efeito biológico

Anticâncer Antioxidante Antihipertensivo Antiinflamatório Efeitos semelhantes a fármacos usados para Doença de Alzheimer Extração hidroalcoólica Centrifugação Sobrenadante: concentrado e Estocado a -80ºC

Extrato: transformado em pó por spray dryer Micropartículas = Microcápsulas

Avaliação biológica Escape box

Outros efeitos do tratamento: Redução de neuroinflamação Efeito antioxidante Não alterou função hepática Veículo βA βA + Casca de Romã

Produtos Naturais Marinhos

Biotecnologia Marinha Secretaria da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar (Marinha do Brasil) Objetivos Fomentar o aproveitamento sustentável do potencial biotecnológico dos organismos marinhos. Foco Desenvolvimento de conhecimentos Absorção de tecnologias Promoção da Inovação

Biotecnologia Marinha Ambiente marinho: 70% da superfície do planeta Cerca de 50% da biodiversidade global Poucas espécies são exploradas com propósitos biotecnológicos

Biotecnologia Marinha Geração de processos e produtos inovadores Fontes de novos fármacos Esponjas, corais, microalgas: propiedades anti- incrustantes (tintas para proteção de materiais expostos à água) Insumos para uso na agricultura e aquicultura Produção de combustíveis

Receptores A 2 A = causam perda da Memória ao longo do envelhecimento Caissarona poderia melhorar a Memória? Anêmona do mar (Bunodosoma caissarum) Caissarona Inibidora de receptores de adenosina (de Freitas et al. , 1990; Cooper et al. , 1995) Aumento do trânsito intestinal

Resumo da aula Ensaios in silico Bibliotecas virtuais Novos fármacos Plantas Medicinais e Alimentos Funcionais Organismos marinhos Potencial da Biotecnologia Marinha Fim por hoje

Referências Bibliográficas Diretrizes e boas práticas para aplicação e validação de modelos in silico no Brasil com fins regulatórios, 2015 http: //formsus. datasus. gov. br/novoimgarq/29206/5287799_410075. pdf Rodrigues RP et al. Estratégias de Triagem Virtual no Planejamento de Fármacos. Rev. Virtual Quim. , 2012, 4 (6), 739 -776 Lima AM et al. Use of machine learning approaches for novel drug discovery. Expert Opinion on Drug Discovery, 11: 3, 225 -239, DOI: 10. 1517/17460441. 2016. 1146250 Biofármacos no Brasil: repositorio. ipea. gov. br Biotecnologia Marinha: https: //www. marinha. mil. br/secirm/biomar#atividades