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

I medicinali non sono oggetti statici; sono entità chimiche che possono cambiare nel tempo, proprio come il cibo che si deteriora o il metallo che arrugginisce. Quando un farmaco si decompone, può formare nuove sostanze chiamate impurità o prodotti di degradazione. Anche in quantità minuscole, queste nuove sostanze chimiche possono alterare l'efficacia di un medicinale o, peggio ancora, renderlo insicuro da assumere. Per gli scienziati che sviluppano nuovi farmaci, la sfida è prevedere esattamente quali potrebbero essere questi sottoprodotti indesiderati prima che il medicinale raggiunga il paziente. Questo è particolarmente difficile nelle prime fasi di sviluppo, quando non ci sono ancora abbastanza dati del mondo reale su come il farmaco si comporta nel corso di mesi o anni. Per risolvere questo problema, i ricercatori si stanno rivolgendo sempre più a una strategia chiamata "Safe and Sustainable by Design" (Sicuro e Sostenibile per Progettazione), che utilizza modelli informatici e test accurati per anticipare i rischi e integrare la sicurezza nel prodotto fin dall'inizio.

Un team di ricercatori presso Farmanguinhos, in Brasile, ha applicato questo approccio lungimirante a un comune farmaco utilizzato per trattare la schistosomiasi, una malattia parassitaria che colpisce milioni di persone in tutto il mondo. Il farmaco in questione è il praziquantel, spesso venduto in compresse da 600 milligrammi. Il team ha sviluppato un nuovo framework chiamato PREVER per capire esattamente quali impurità potrebbero comparire in queste compresse e per stabilire limiti rigorosi su quanto di esse sia consentito. Il loro obiettivo era creare una rete di sicurezza che combini previsioni informatiche con esperimenti reali, garantendo che il medicinale rimanga puro ed efficace durante tutta la sua durata di conservazione.

Il processo è iniziato con una fase di previsione digitale. I ricercatori hanno utilizzato un software per simulare come la molecola di praziquantel potrebbe frammentarsi sotto varie condizioni di stress, come l'esposizione ad acidi, calore o luce. Sulla base di queste simulazioni e di una revisione della letteratura scientifica esistente, hanno identificato sei potenziali impurità che potrebbero teoricamente formarsi. Queste includevano una sostanza chiamata praziquanamina, un composto noto come acido cicloesancarbossilico e diverse altre molecole con pesi chimici specifici. A questo stadio, si trattava solo di possibilità, fantasmi teorici di sostanze chimiche che potrebbero esistere se il farmaco dovesse degradarsi.

Per vedere se questi fantasmi fossero reali, il team è passato alla fase di riproduzione in laboratorio. Hanno preso delle compresse di praziquantel effettivo e le hanno sottoposte a condizioni di stress estremo, progettate per costringere il farmaco a decomporsi più velocemente di quanto farebbe in un normale armadietto dei medicinali. Hanno esposto le compresse a forti acidi, basi e agenti ossidanti, e le hanno riscaldate ad alte temperature. Utilizzando strumenti avanzati di analisi chimica, hanno osservato quali delle impurità previste apparivano effettivamente. L'esperimento ha confermato che tre delle sostanze previste si erano effettivamente formate: la praziquanamina e altri due prodotti di degradazione che il team ha etichettato come DP-1 e DP-2. Sebbene il team si aspettasse che l'acido cicloesancarbossilico si formasse insieme alla praziquanamina, non è stato rilevato sperimentalmente, probabilmente perché manca della struttura chimica necessaria per essere visto dai loro specifici strumenti di test.

Con la lista delle impurità reali in mano, i ricercatori dovevano determinare se fossero pericolose. Invece di testare ciascuna di esse sugli animali, il che è lungo e solleva preoccupazioni etiche, hanno utilizzato una valutazione tossicologica basata sul computer. Questo metodo, noto come test in silico, confronta la struttura delle nuove impurità con sostanze chimiche note con profili di sicurezza stabiliti. I modelli informatici hanno previsto che nessuna delle impurità avrebbe probabilmente causato mutazioni genetiche o altri gravi problemi di salute. Sulla base di questi calcoli di sicurezza, il team ha stabilito limiti di sicurezza temporanei per ogni impuria. Ad esempio, hanno deciso che la praziquanamina non dovesse superare lo 0,2 percento del peso totale della compressa, mentre per DP-1 poteva essere consentito fino allo 0,5 percento. Questi numeri fornivano un parapetto di sicurezza provvisorio mentre il prodotto veniva finalizzato.

L'ultimo passaggio, e il più critico, è stato la verifica. Il team ha conservato le compresse di praziquantel in un ambiente controllato che imitava le condizioni calde e umide di un clima tropicale per due interi anni. Hanno testato regolarmente le compresse per vedere se le impurità che avevano previsto e limitato temporaneamente apparissero effettivamente durante la normale conservazione. I risultati sono stati straordinariamente puliti. Dopo 24 mesi, nessuna delle cinque principali impurità che stavano monitorando è stata rilevata nelle compresse. Il farmaco è rimasto stabile e i prodotti di degradazione previsti semplicemente non si sono formati nelle condizioni di conservazione del mondo reale.

Poiché lo studio a lungo termine non ha mostato degradazione, i ricercatori hanno adeguato le loro regole di sicurezza finali. Invece di mantenere limiti differenti per ogni specifica impurità, hanno stabilito una regola singola e conservativa: la quantità totale di qualsiasi singola impurità, e il totale di tutte le impurità combinate, non deve superare lo 0,2 percento. Questa decisione è stata presa in considerazione del fatto che il farmaco era più stabile di quanto suggerissero gli scenari peggiori, pur volendo il team mantenere un alto margine di sicurezza. Lo studio si è concluso con la conferma che il framework PREVER ha guidato con successo lo sviluppo del medicinale, utilizzando un mix di previsioni informatiche e prove sperimentali per garantire che il prodotto finale fosse sicuro, stabile e pronto per i pazienti che fanno affidamento su di esso per combattere una malattia devastante.