PREVER framework for specification of related substances based on in silico prediction and forced degradation studies

Los medicamentos no son objetos estáticos; son entidades químicas que pueden cambiar con el tiempo, de forma muy similar a como la comida se descompone o el metal se oxida. Cuando un fármaco se descompone, puede formar nuevas sustancias llamadas impurezas o productos de degradación. Incluso en cantidades diminutas, estos nuevos químicos pueden alterar la eficacia de un medicamento o, lo que es peor, hacerlo inseguro para su consumo. Para los científicos que desarrollan nuevos fármacos, el desafío consiste en predecir exactamente cuáles podrían ser estos subproductos no deseados antes de que el medicamento llegue al paciente. Esto es especialmente difícil en las primeras etapas del desarrollo, cuando aún no existen suficientes datos del mundo real sobre cómo se comporta el fármaco a lo largo de meses o años. Para resolver esto, los investigadores recurren cada vez más a una estrategia llamada "Seguro y Sostenible por Diseño", que utiliza modelos computacionales y pruebas cuidadosas para anticipar riesgos y construir la seguridad en el producto desde el mismísimo principio.

Un equipo de investigadores de Farmanguinhos en Brasil aplicó este enfoque proactivo a un medicamento común utilizado para tratar la esquistosomiasis, una enfermedad parasitaria que afecta a millones de personas en todo el mundo. El fármaco en cuestión es el praziquantel, que a menudo se vende en tabletas de 600 miligramos. El equipo desarrolló un nuevo marco llamado PREVER para determinar exactamente qué impurezas podrían aparecer en estas tabletas y para establecer límites estrictos sobre cuánto de ellas está permitido. Su objetivo era crear una red de seguridad que combine las predicciones computacionales con experimentos del mundo real, asegurando que el medicamento permanezca puro y eficaz durante toda su vida útil.

El proceso comenzó con una fase de predicción digital. Los investigadores utilizaron un software informático para simular cómo la molécula de praziquantel podría fragmentarse bajo diversas condiciones de estrés, como la exposición al ácido, al calor o a la luz. Basándose en estas simulaciones y en una revisión de la literatura científica existente, identificaron seis posibles impurezas que teóricamente podrían formarse. Estas incluían una sustancia llamada praziquanamina, un compuesto conocido como ácido ciclohexanocarboxílico y otras moléculas con pesos químicos específicos. En esta etapa, estas eran solo posibilidades, fantasmas químicos teóricos que podrían existir si el fármaco se degradara.

Para ver si estos fantasmas eran reales, el equipo pasó al laboratorio para la fase de reproducción. Tomaron tabletas de praziquantel real y las sometieron a condiciones de estrés extremo diseñadas para forzar al fármaco a descomponerse más rápido de lo que lo haría en un botiquín normal. Expusieron las tabletas a ácidos fuertes, bases y agentes oxidantes, y las calentaron a altas temperaturas. Utilizando herramientas avanzadas de análisis químico, observaron cuáles de las impurezas predichas aparecían realmente. El experimento confirmó que tres de las sustancias predichas se formaron efectivamente: la praziquanamina y otros dos productos de degradación que el equipo etiquetó como DP-1 y DP-2. Aunque el equipo esperaba que el ácido ciclohexanocarboxílico se formara junto con la praziquanamina, este no fue detectado experimentalmente, probablemente porque carece de la estructura química necesaria para ser visto por su equipo de prueba específico.

Con la lista de impurezas reales en mano, los investigadores tuvieron que determinar si eran peligrosas. En lugar de probar cada una en animales, lo cual es lento y plantea preocupaciones éticas, utilizaron una evaluación toxicológica basada en computadora. Este método, conocido como prueba in silico, compara la estructura de las nuevas impurezas con productos químicos conocidos que tienen perfiles de seguridad establecidos. Los modelos computacionales predijeron que ninguna de las impurezas causaría probablemente mutaciones genéticas u otros problemas de salud graves. Basándose en estos cálculos de seguridad, el equipo estableció límites de seguridad temporales para cada impureza. Por ejemplo, decidieron que la praziquanamina no debería exceder el 0,2 por ciento del peso total de la tableta, mientras que se podría permitir hasta un 0,5 por ciento de DP-1. Estos números proporcionaron una salvaguarda provisional mientras se finalizaba el producto.

El paso final y más crítico fue la verificación. El equipo almacenó las tabletas de praziquantel en un entorno controlado que imitaba las condiciones cálidas y húmedas de un clima tropical durante dos años completos. Probaron las tabletas regularmente para ver si alguna de las impurezas que habían predicho y limitado temporalmente aparecía durante el almacenamiento normal. Los resultados fueron notablemente limpios. Después de 24 meses, ninguna de las cinco impurezas principales que habían estado vigilando fue detectada en las tabletas. El fármaco se mantuvo estable, y los productos de degradación predichos simplemente no se formaron bajo las condiciones de almacenamiento del mundo real.

Debido a que el estudio a largo plazo mostró que no hubo degradación, los investigadores ajustaron sus reglas de seguridad finales. En lugar de mantener los diferentes límites para cada impureza específica, establecieron una regla única y conservadora: la cantidad total de cualquier impureza individual, y el total de todas las impurezas combinadas, no debe exceder el 0,2 por ciento. Esta decisión se basó en el hecho de que el fármaco era más estable de lo que sugerían los peores escenarios, pero el equipo aún quería mantener un alto margen de seguridad. El estudio concluyó que el marco PREVER guio con éxito el desarrollo del medicamento, utilizando una mezcla de predicciones computacionales y pruebas experimentales para garantizar que el producto final fuera seguro, estable y estuviera listo para los pacientes que dependen de él para luchar contra una enfermedad devastadora.