Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi...

82
Viri učinkovin doc.dr. Marko Anderluh 6. oktober 2011 Farmacevtska kemija 3

Transcript of Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi...

Page 1: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Viri učinkovin

doc.dr. Marko Anderluh

6. oktober 2011

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 2: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Nekaj zgodovineOdkritje penicilina• Odkritje Alexandra Fleminga l. 1928: glivice rodu Penicillium

izločajo snovi, ki zavirajo rast stafilokokov – ime penicilin• Konec 30-ih let 20. stoletja Florey, Chain izolirajo penicilin: prvi

odkrit beta-laktamski antibiotik• Prvi uspešen poskus na človeku leta 1941

“Penicillin happened, it came out of the blue.”

A. Fleming, 1930.

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 3: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Nekaj zgodovineSulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov• Gerhardt Domagk, 1932, azo-barvila delujejo protibakterijsko• Azo-barvila se kovalentno vežejo na proteine blaga ali usnja →

kovalentna vezava na bakterijske proteine →bakteriostatično/cidno delovanje

• Mehanizem delovanja odkrijejo Ernest Fourneau in sodelavci na Pasteur Institute/Paris

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 4: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Tradicionalni način odkrivanja zdravilnih učinkovin

Rezultati učinek!

(kandidati za) učinkovine

(biološki) testni sistem

kemijska -optimizacija

• Večinoma princip poskus-napaka (trial-and-error)• “serendipity”• Takojšnje odkrivanje učinkovin

Vir spojin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 5: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Odkrivanje/izumljanje zdravila danesIzbira bolezni

Izolacija tarče,ki je vpletena vobolenje (2-5 let)

Odkritje učinkovineproti dejavniku bolezni(2-5 let)

Predklinična testiranja(1-3 let)

Formulacija

Kliničnopreizkušanje

(2-10 let)

Pilotna sinteza

FDA odobritev(2-3 leti)

Marketing Authorization Application (EMA)

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 6: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Klinične študijeOdobravanje zdravila po Food & Drug Administration

1 spojinaizbrana

Faza III: Potrditev učinkovitosti in spremljanjestranskih učinkov skozi daljšo uporabo na 1,000 do5,000 bolnikih prostovoljcih.

Faza II: Učinkovitost in iskanje stranskihučinkov na bolnikih prostovoljcih

Faza I: Varnost in odmerjanje na100 do 200 zdravih prostovoljcih.

Odkritje in predklinična testiranja nalaboratorijskih živalih. Študije varnosti, biološke aktivnosti in formulacije.

5,000-5,000,000spojin v testiranju

5 spojin v klinične teste

0 2 4 6 8 10 12 14 Leta 16

NewDrugApplication(NDA)

Hkrati ste pokurili približno 2,000 mio $Fa

rmac

evts

ka k

emija

3

Page 7: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Izbira bolezni

Ključno vprašanje – kaj je prioriteta farm. industrije:• Ali lahko profit od prodaje zdravila opraviči stroške

razvoja?• Cilj “Big pharma” predvsem kronične bolezni

razvitega sveta – hipertenzija, ulkus, hiperlipidemija...• Konkurenca?

Farm

acev

tska

kem

ija 3

• “Orphan drugs”

Strateško področje, znanost pride na vrsto kasneje

Page 8: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Farm

acev

tska

kem

ija 3

http://www.drugs.com/top200.html

Page 9: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

NCE (NKE)Po odobritvi NDA/MAA dobi učinkovina status NCE = “new chemical entity” ali NME = “new molecular entity”

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 10: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Nekaj dejstev

• Več kot 90% zdravil prinašajo manj kot 180 mio$/leto

• ~70% ne povrne stroškov R&D• ↑Stroški marketinga – dosegajo R&D• ↑Stroški kliničnih preizkušanj (20,000 –

30,000 subjektov v III fazi)• ↑kompetitivnost generične industrije• Ali se je “Big pharma” ujela v svojo igro?

Page 11: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Iskanje/validacija tarčeValidacija tarče:“Drugability”• Celična lokacija• Razvoj rezistence/tolerance• Stranski učinkiSelektivnost, specifičnost• Bakterijske, virusne tarče niso prisotne v sesalskih

org. – selektivna toksičnost!, • Endogene tarče – selektivnost med podtipi

receptorjev, selektivnost med izoencimiFarm

acev

tska

kem

ija 3

Page 12: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Izbor testnega sistema

Testni sistemIn vitro: na izoliranih makromolekulah, celicah,

mikroorganizmih, (tkivih, organih)• Za rutinska testiranja, merjenje interakcij• HTS – avtomatizirano testiranje množice spojin na več testov

hkrati• Primer – afiniteta do receptorja• Ne merijo kliničnega učinka, stranskih učinkov, predzdravila

In vivo: na testnih živalih• Fiziološki učinek, stranski učinki• Metabolizem

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 13: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Odkrivanje/izumljanje učinkovine

Iskanje, validacija tarče

Vir spojin za rešetanje•Naravne spojine

•Sinteza (kemijske kolekcije, kombinatorične knjižnice)

Vir spojin (do 5,000,000)

Farm

acev

tska

kem

ija 3 •Znane spojine/učinkovine

•Metaboliti•Racionalno načrtovanje

UČINEK NA IZOLIRANEM

RECEPTORJU!Zadetek (Hit)

Spojina vodnica(1-10 spojin)

In vitro testi

(HTS)

Page 14: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Spojina vodnica?

• Kaj je “zadetek”• Kaj je spojina vodnica?• Kako do spojine vodnice?

Page 15: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Spojina vodnica/učinkovina

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Spojina zadetek(hit)

Spojina vodnica(lead compound)

Učinkovina – kandidat za klinična testiranja

Zmerna afiniteta do tarče (in vitro): v µM območju

Visoka afiniteta (in vitro):v nM območju

Izjemna afiniteta (in vitro): v nM območju

Biološki učinek (in vivo) Biološki učinek (in vivo)

Selektivnost Selektivnost

Patentibilnost Patentibilnost

Nizka toksičnost (in vitro), hERG Nizka toksičnost (in vivo), teratogenost, Minimalne interakcije z drugimi učinkovinami

Jasen odnos struktura-učinek Visoka biološka uporabnost

Predvidljiv metabolizem

Minimalna rezistenca/toleranca

Kemična stabilnost

Topnost

Page 16: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Iskanje spojine zadetka/vodnice

Osnovni principi Sistematično testiranje: naravnih spojin, sinteznih

spojin, znanih učinkovin Klinična opažanja: nove indikacije na osnovi

stranskih učinkov, metaboliti znanih učinkovin Čisto naključje Terapevtske kopije Rešetanje visoke zmogljivosti (HTS = high-

throughput screening) Racionalno načrtovanje

Farm

acev

tska

kem

ija 3 Neracionalni pristopi

(Ne)racionalni pristopi

Page 17: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Testiranje naravnih spojin

Biološka raznolikost na planetu• 61% malih molekul (NKE), ki so bile uvedene kot

učinkovine med 1981-2002 izhaja iz vodnic naravnega izvora

/NKE = nove kemične entitete/• Odstopanja navzgor pri:

Protitumornih učinkovinah 74%Protibakterijskih učinkovinah 78%

Farm

acev

tska

kem

ija 3

J. Nat. Prod. 2003, 66, 1022.

Page 18: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Testiranje naravnih spojin

Rastline Do 500,000 vrst; izjemna raznovrstnost Mnogo sekundarnih metabolitov: alkaloidi, terpeni, glikozidi,

flavoni

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Kokain (Erythroxylon coca) Ekstrakt listov koke široko uporabljan Izoliran 1855 1884 Karl Koller – uporaba v

oftalmologiji Lokalni anestetik kokain

Page 19: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Testiranje naravnih spojin

Mikroorganizmi Hitro razmnoževanje – velika produkcija Metaboliti, kompleksne biomolekule, toksini Morski organizmi, organizmi iz ekstremnih pogojev

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Mevastatin (Penicilium citrinum)• inhibitor hidroksimetilglutaril-koencim A reduktaze(HMG-CoA reduktaza)• Akira Endo (1971); iskanje inhibitorjev HMG-CoA kot potencialnih antimikotikov• Michael Brown, Joseph Goldstein; inhibicija endogene HMG-CoA → inhibicija biosinteze holesterola Mevastatin IC50 = 23 nM

Simvastatin IC50 = 23 nM

Page 20: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Testiranje naravnih spojin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

tetrodotoksin

Page 21: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Testiranje že znanih učinkovin

Talidomid

Farm

acev

tska

kem

ija 3

•Erythema nodosum leprosum – inhibitor TNF-α•Chronova bolezen (CB) - inhibicija biosinteze TNF-α, odzivi na CB v dveh pilotnih kliničnih testiranjih• Inhibitor angiogeneze – protitumorna učinkovina

Page 22: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Rešetanje sinteznih spojin

Vertikalno rešetanje Testiranje le ene serije sorodnih spojin na številne tarče

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Benzodiazepini Odkriti 1954, Leo Sternbach Nov tip spojin – množica testov, odkrit anksiolitični učinek

klordiazepoksid

diazepam

Page 23: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Klinična opažanja• Sildenafil (Viagra) je bil razvit za

zdravljenje angine pectoris in hipertenzije• Nizka aktivnost v Fazi II: učinkovino vrnili

nazaj v Fazo I• Prostovoljci poročali o povečani erektilni

funkciji• Inhibicija fosfodiesteraze tipa 5• Prva učinkovina v terapiji erektilne

disfunkcije

Farm

acev

tska

kem

ija 3

EtO

SN

OO

NMe

N

HNN

N

O Me

C3H7

sildenafil(Viagra)

Page 24: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Čisto naključje

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Gumarska industrija

N SC

CS

S

H3C

H3C

N

S

CH3

CH3

Disulfiram(antabus)

Page 25: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Kopije (“me too” princip)

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 26: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Terapevtske kopije (“me too”)

Sildenafil (Viagra®)• prvi inhibitor PDE-5; Pfizer• Registriran 1998

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Vardenafil (Levitra ®)• Bayer, GSK• Registriran 2003

Page 27: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Rešetanje visoke zmogljivosti (HTS)

• Rešetanje = screening = (naključno) biokemijsko, genetsko in/ ali farmakološko testiranje

• Kako povečati “output”? Testni sistem za testiranje velikega nabora raznovrstnih spojin!

Farm

acev

tska

kem

ija 3

• Glavna ideja: ↑ število testiranih spojin - ↑ statistična verjetnost za zadetke

• zadostna količina proteina (tarče) za testiranje• V začetku 90’: razvoj molekularne in celične biologije –

dostopnost številnih rekombinantnih proteinov – tarče za rešetanje!

Page 28: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

• HTS= High-throughput screening (rešetanje visoke zmogljivosti) – robotizirano naključno rešetanje ogromnega števila spojin na in vitro testih

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Rešetanje visoke zmogljivosti (HTS)

Page 29: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Glavne lastnosti HTS• avtomatizirano testiranje• mikrogramske ali sub-mikrogramske količine

preiskovanih spojin• testiranje nekaj milijonov spojin/teden

• prednosti – veliko število “zadetkov”• slabosti – ↓raznolikost spojin• VIR SPOJIN!?!

Rešetanje visoke zmogljivosti (HTS)

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 30: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Kemijske knjižnice - definicijaKemijska knjižnica - zbirka najmanj 2 do nekaj 100.000 različnih spojin, ki jo naredimo s ciljem ugotoviti, katera spojina ima željene lastnosti Vir kemijskih knjižnic:•s klasično sintezo (neekonomično)•s kombinatorično sintezo

Kombinatorična kemijska knjižnica – pridobljena s kombinatorično kemijo

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 31: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Kombinatorična kemija

Farm

acev

tska

kem

ija 3 • Tradicionalna

sinteza

1 kemik = 50 spojin/leto

A + B AB

• Kombinatorična sintezaA1 B1A2 B2A3 B3

. .

. .An Bm

AB produkti

B1 B2 Bm

A2

A1

An

102-104 spojin/eksperiment

Page 32: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Delitev kombinatorične kemije

Kombinatorična kemija

Paralelna sinteza

Kombinatorična sinteza

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 33: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Kombinatorična kemija

Paralelna sinteza• Avtomatizirana sinteza, na osnovi ene reakcijske sheme

in različnih reagentov• V vsaki reakcijski zmesi nastaja EN PRODUKT• Sinteza v raztopinah, sinteza na trdnih nosilcih• Sinteza manjših, usmerjenih kem. knjižnic• Uporabnost: optimizacija vodnicFa

rmac

evts

ka k

emija

3

Page 34: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Kombinatorična kemija

Kombinatorična sinteza

• Osnovna ideja: posnematinaravo v številu inraznovrsnosti spojin!

• V vsaki reakcijski zmesinastaja zmes produktov:SINTEZA MEŠANIC!

• Majhne količine• Večinoma na trdnih nosilcih• Uporabnost: odkrivanje

spojine vodnice

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 35: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Primer – sinteza vseh tripeptidov iz 3 različnih aminokislin

Metoda s klasično kemijo - 27 različnih eksperimentovMetoda “mix and split” – 3 eksperimenti

Kombinatorična kemija – metoda “mix & split”

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 36: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 37: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 38: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 39: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

MIX

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 40: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

SPLIT

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 41: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 42: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 43: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 44: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

MIX

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 45: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

SPLIT

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 46: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 47: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 48: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 49: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

9 9 9Št. vseh

tripeptidov

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 50: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

9 9 9

27 tripeptidov3 viale

Št. vsehtripeptidov

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 51: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

In vitro test afinitete/učinka

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 52: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Sinteza vsakega tripeptida in ponovnoIn vitro test

Metoda “mix and split”Sinteza vseh tripeptidov iz 3 aminokislin

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 53: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

• Kako izolirati aktivno spojino pri ↑ številu spojin?Rekurzivna dekonvolucija• Metoda identifikacije aktivne spojine iz mešanice• Moramo ohraniti vzorce pred vsako stopnjo “mix and

split”

Primer• 27 tripeptidov sintetiziranih z “mix and split” strategijo

iz glicina, alanina in valina

Kombinatorična kemija – metoda “mix & split”

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 54: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Gly

Ala

Val

Gly

Ala

Val

GlyAla

Val GlyAla

Val GlyAla

Val

Gly Ala Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Mix and Split

Vsi možni dipeptidi v treh vialahOhranimo vzorec iz vsake viale

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 55: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly Ala Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Mix andSplit

Vsi možni tripeptidi v treh vialah

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 56: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Val

Ala

Ala

Ala

Gly

Ala

Val

Val

Val

Val

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Ala

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Neaktivnamešanica

Neaktivnamešanica

Aktivna mešanica

• 9 možnih tripeptidov v aktivni mešanici• Vsi imajo zadnjo AK valin• Dodamo valin trem mešanicam dipeptidov

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 57: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Gly

Ala

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Ala

Ala

Ala

Val

Val

Val

Val Val Val

Gly

Ala

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Ala

Val

Gly

Gly

Gly

Ala

Ala

Ala

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

Val

• Aktivno spojino smo identificirali v mešanici z alaninom na drugem mestu• Sintetiziramo vsak tripeptid X-Ala-Val in testiramo• Celokupno 6 sintez namesto 9

Aktivna mešanicaFarm

acev

tska

kem

ija 3

Page 58: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Načrtovanje kombinatorične knjižnice

• Pravilna izbira ogrodja za sintezo• Lastnosti primernih ogrodij?• Sintezna dostopnost na trdnih nosilcih

Farm

acev

tska

kem

ija 3

“pajku podobna”,dispergirane funkc. skupine

“paglavcu podobna”,združene funkc. skupine

Page 59: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

N

NO

OR4

R3

R1

R2

Hidantoini

NO R5

R4R3R1

R2

β-Laktami

•Pr imerna ogrodja•Pajku podobna•Nizka mol. masa•Več sinteznih poti

Benzodiazepini

R

XN

N

Ar

R'

OR"

Dipeptidi

O

R2

C

O

CN

N

O R4

R1

R3

R5

R6

Pir idini

NR

HO2C

Me

R2

O

R3

Načrtovanje kombinatorične knjižnice

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 60: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Kombinatorična kemija: ZAKAJ?

Primerjava stroškov (1996) v $

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Tradicionalna kemija

Kombinatorična kemija

Št. spojin naenega sintetikana mesec

4 3,300

Celotna cena 30,000 USD 40,000 USDCena za spojino 7,500 USD 12 USD

Page 61: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Rešetanje visoke zmogljivosti (HTS)

Page 63: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Racionalno načrtovanjeSmisel – predhodni filter spojin v

virtualnem svetu

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Priprava knjižnice virtualnih spojin3D-konformacije, stereokemija,

protonacija, tavtomerija

Virtualno rešetanje

Izbor spojin za biološko testiranje

Page 64: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Na osnovi liganda - LBDD

Na osnovi farmakofora• 3D Farmakofor je zbirka steričnih in

elektronskih lastnosti, ki so potrebne za zagotovitev optimalnih medmolekulskih interakcij s specifično biološko tarčo in vodijo do indukcije ali inhibicije biološkega odziva

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 65: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Na osnovi liganda - LBDD• Primer 2D farmakofora• Antagonisti β1 receptorjev

Farm

acev

tska

kem

ija 3

propranolol

atenololbisoprolol

esmolol

Page 66: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Skupine pomembne za analgetični učinek

ONMe

HO

HO

MORFIN

Page 67: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

ONMe

HO

HO

MORFIN

Skupine pomembne za analgetični učinek

Page 68: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

ONMe

HO

HO

MORFIN

Skupine pomembne za analgetični učinek

Page 69: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

N

HO

Skupine pomembne za analgetični učinek

Page 70: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

MORFIN

ONMe

HO

HO

NMe

HO

LEVORFANOL

NMe

HO

METAZOCINCH3

H3C

Page 71: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

MORFIN

ONMe

HO

HO

NMe

HO

LEVOFANOL

NMe

HO

METAZOCINCH3

H3C

Page 72: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

3D farmakofor opioidnih analgetikov

N

HO

HO

N

x

α

Page 73: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

O

N

Ar

11.3o

150o

18.5o

7.098 A

2.798 A

4.534 A

Page 74: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

HBA

Ionska vez

vdW

11.3o

150o

18.5o

7.098 A

2.798 A

4.534 A

Farmakofor po tipu vezi

Page 75: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Na osnovi 3D strukture tarče -SBDD

• Potrebujemo 3D strukturo tarče/vezavnega mesta• rentgenska kristalografija, NMRPROTEIN DATA BANK:

http://www.pdb.org/pdb/home/home.do

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 76: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Receptor

Farm

acev

tska

kem

ija 3

SBDD – De novo

Page 77: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

SBDD – De novoFa

rmac

evts

ka k

emija

3

Ogrodje

CO2-

HO H-vez

Hidrofobne interakcije

ogrodjeogrodje

ogrodje

ogrodjeH3N+ O

CH3

ionskavezi

Page 78: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

SBDD – sidranje• Načrtovanje podprto z

računalniki• Uporabljamo 3D strukturo

makromolekule – tarče • “Docking” ali sidranje – 3D

prileganje virtualne učinkovine virtualni makromolekuli

• Ocenimo jakost interakcije spojina – makromolekula

• REZULTAT – virtualna molekula, ki tvori najmočnejšo interakcijo (in silico)

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 79: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

SBDD – sidranje

Page 80: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Odkrivanje/izumljanje učinkovine

Spojina vodnica

(1-10 spojin)

Optimizacija vodnice Predklinična testiranja

Kandidati za klinična testiranja

(5 spojin)

Farm

acev

tska

kem

ija 3

Page 81: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Odkrivanje/izumljanje učinkovine

• Časovno in denarno izjemno potraten proces, povrh tega največkrat ni rezultatov!

• Dolgotrajen proces, povdarek na varnosti

• Vloga Farmacevtske kemije – pripraviti varno in učinkovito zdravilno učinkovino!

Page 82: Farmacevtska kemija 3 Viri učinkovin - ffa.uni-lj.si · PDF fileNekaj zgodovine. Sulfonamidi – začetek ere kemoterapevtikov • Gerhardt Domagk, 1932, azo- barvila delujejo protibakterijsko

Literatura predavanj

Foye’s Principles of Medicinal Chemistry, 6. Ed. : • Overview• 1. Natural products• 2. Drug Design and....G. L. Patrick: An introduction to medicinal

chemistry, 4. Ed. :• 12. poglavje• 15. poglavje• 16. poglavjeG.Thomas: Medicinal Chemistry• Poglavje 2.6

Farm

acev

tska

kem

ija 3