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Il misterioso potere dei farmaci: come scoprire i segreti dei meccanismi d'azione dei farmaci?
In farmacologia, il termine "meccanismo d'azione" (MOA) si riferisce al modo specifico in cui una sostanza farmacologica produce il suo effetto farmacologico attraverso specifiche interazioni biochimiche. Il meccanismo d'azione di un farmaco solitamente si riferisce a uno specifico bersaglio molecolare, come un enzima o un recettore, a cui il farmaco si lega. Questi siti recettoriali hanno affinità specifiche per i farmaci, basate sulla struttura chimica del farmaco e sull'azione specifica che vi si verifica. Contrariamente ai farmaci che producono effetti terapeutici legandosi ai recettori, alcuni farmaci non si legano ai recettori, ma producono invece effetti terapeutici corrispondenti interagendo con proprietà chimiche o fisiche nel corpo. Esempi comuni includono antiacidi e lassativi.
La spiegazione del meccanismo d'azione è fondamentale nello sviluppo dei farmaci, in particolare di quelli anti-infettivi. Comprendere l'interazione tra farmaci e obiettivi specifici può consentire di prevedere problemi di sicurezza clinica e quindi migliorare efficacemente la sicurezza dei farmaci.
La spiegazione del meccanismo d'azione di un farmaco è importante sotto molti aspetti. In primo luogo, durante lo sviluppo di farmaci anti-infettivi, la disponibilità di informazioni può prevedere problemi legati alla sicurezza clinica. Ad esempio, i farmaci che causano la rottura della membrana cellulare o della catena di trasporto degli elettroni hanno maggiori probabilità di causare problemi di tossicità rispetto ai farmaci che prendono di mira i componenti della parete cellulare o il ribosoma 70S, che non sono presenti nelle cellule umane. La comprensione dell'interazione tra farmaci specifici e recettori consente di preparare altri farmaci in modo simile per produrre lo stesso effetto terapeutico, il che è diventato uno dei metodi più importanti per la creazione di nuovi farmaci. Inoltre, tali metodi di ricerca possono aiutare a determinare quali pazienti hanno maggiori probabilità di rispondere al trattamento.
Ad esempio, il farmaco contro il cancro al seno trastuzumab ha come bersaglio la proteina HER2, quindi le istituzioni mediche possono esaminare i tumori per rilevare la presenza di questa molecola e determinare se i pazienti trarranno beneficio dal trattamento con trastuzumab.
Nelle applicazioni cliniche, questa conoscenza potrebbe consentire un dosaggio più preciso dei farmaci, poiché i medici potrebbero monitorare il farmaco in base al suo effetto sul percorso bersaglio. Prendendo ad esempio le statine, il loro dosaggio è spesso determinato misurando i livelli di lipidi nel sangue del paziente. Conoscendo i meccanismi d'azione dei farmaci, i medici possono anche combinare più farmaci in modo più efficace, riducendo così la probabilità di resistenza ai farmaci. Conoscere le strutture cellulari su cui agiscono i farmaci anti-infettivi o anti-tumorali potrebbe consentire ai medici di somministrare più farmaci contemporaneamente per inibire più bersagli, riducendo così il rischio di resistenza ai farmaci e di fallimento del trattamento causato da singole mutazioni nel DNA microbico o tumorale.
Non solo, è possibile che il farmaco trovi anche altre indicazioni. Prendiamo come esempio il sildenafil. Il suo meccanismo d'azione è quello di inibire la proteina fosfodiesterasi-5 (PDE-5), che consente a questo farmaco di essere riutilizzato con successo per il trattamento dell'ipertensione arteriosa polmonare perché la PDE-5 svolge un ruolo chiave nell'ipertensione arteriosa polmonare. ipertensione. espressione polmonare.
Metodi per determinare il meccanismo d'azione di un farmaco
Esistono molti metodi per determinare il meccanismo d'azione di un farmaco, che possono generalmente essere suddivisi in diversi percorsi tecnici principali, tra cui la microscopia, i metodi biochimici diretti, i metodi di inferenza computazionale e la tecnologia pan-OMIX.
Metodi di microscopia
I cambiamenti fenotipici delle cellule bersaglio indotti dai composti bioattivi possono essere osservati al microscopio e questi cambiamenti aiutano a comprendere il meccanismo d'azione dei composti. Ad esempio, nel caso degli agenti antibatterici, la trasformazione delle cellule bersaglio in sferoidi potrebbe indicare l'inibizione della sintesi del peptidoglicano, mentre la filamentazione delle cellule bersaglio potrebbe indicare perturbazioni nella sintesi di PBP3, FtsZ o del DNA. L'osservazione di questi cambiamenti fornisce indizi importanti per comprendere il meccanismo d'azione dei nuovi farmaci. Sebbene attualmente ci voglia molto tempo per generare e interpretare manualmente i dati, questo problema potrebbe essere risolto con l'avanzamento della microscopia automatizzata e del software di analisi delle immagini.
Metodo biochimico diretto
I metodi biochimici diretti comportano l'etichettatura di determinate proteine o piccole molecole e il monitoraggio delle loro dinamiche in vivo, che rappresentano il modo più diretto per individuare piccoli bersagli farmacologici. Etichettando le interazioni fisiche tra molecole e proteine, questi metodi biochimici possono essere utilizzati per determinare la tossicità, l'efficacia e il meccanismo d'azione dei farmaci.
Metodi di calcolo e inferenza
I metodi di inferenza computazionale vengono utilizzati principalmente per predire i bersagli proteici dei farmaci a piccole molecole basandosi sul riconoscimento di modelli computerizzati. Tuttavia, questo approccio potrebbe essere utilizzato anche per trovare nuovi bersagli per farmaci già esistenti o di nuova concezione. Identificando il farmacoforo di una molecola di farmaco, è possibile effettuare un profilo di riconoscimento di pattern, che può aiutare a comprendere il meccanismo d'azione.
Tutta la tecnologia Omix
La tecnologia All-OMIX utilizza la proteomica chimica, la genetica inversa e la genomica, la trascrittomica e la proteomica per identificare potenziali bersagli. Questo approccio utilizza la perturbazione genica (ad esempio, CRISPR-Cas9 o siRNA) in combinazione con un composto per determinare se il suo knockdown o knockout abolisce gli effetti farmacologici del composto. Attraverso questi metodi è possibile formulare ipotesi sui meccanismi d'azione e poi testarle.
Farmaci con meccanismi d'azione noti e farmaci con meccanismi d'azione sconosciuti
Sono stati identificati i meccanismi d'azione di molti farmaci, come l'aspirina. Il meccanismo d'azione dell'aspirina comporta l'inibizione irreversibile della cicloossigenasi, inibendo così la produzione di prostaglandine e trombossani, riducendo il dolore e l'infiammazione. Esistono però anche alcuni farmaci i cui meccanismi d'azione restano sconosciuti. Nonostante ciò, questi farmaci continuano ad essere efficaci, ma il meccanismo specifico con cui interagiscono con i recettori e producono i loro effetti terapeutici è sconosciuto o poco chiaro.
RiepilogoSebbene i termini "meccanismo d'azione" e "modalità d'azione" siano talvolta usati in modo intercambiabile, differiscono nel livello di dettaglio che trasmettono. La modalità d'azione descrive i cambiamenti funzionali o anatomici che si verificano a livello cellulare dopo che un organismo è esposto a una sostanza, mentre il meccanismo d'azione si concentra maggiormente sul modo in cui il farmaco influenza il modello di interazione di enzimi o recettori. Comprendere i segreti dietro i meccanismi d'azione di questi farmaci non solo favorirà lo sviluppo di nuovi farmaci, ma potrebbe anche fornire strategie di trattamento più precise nella pratica clinica. Di fronte allo sviluppo futuro di farmaci, possiamo aspettarci che vengano scoperti altri meccanismi farmacologici sconosciuti?
