Come nasce un farmaco? Il ruolo della sperimentazione animale

Facciamo un po’ di chiarezza su un tema che sta tristemente occupando le pagine di cronaca dei quotidiani nazionali: la sperimentazione animale.

Partiamo da una premessa di attualità: siamo entrati nel 2014, e ancora siamo obbligati a vedere episodi di caccia alle streghe:

• Aprile 2013: Il disastro avvenuto alla facoltà di Farmacologia dell’Università di Milano (corriere.it)
• Dicembre 2013: Attacco di Nature a Stamina (corriere.it)
• Dicembre 2013: Malata grave viene pubblicamente insultata perché esprime un parere personale e sostenuto da forti basi scientifiche (ilfattoquotidiano.it)

Parto dal presupposto che in rete si legge di tutto e si condivide tutto, ma nessuno però si prende la briga di verificare le informazioni.

Chiunque, dal panettiere all’arrotino si sente in diritto di esprimere la propria opinione “sulla scienza”, come se ogni singolo argomento non richiedesse svariati anni di studio per poter essere compreso. Ma siamo in Italia, e qui i professori di lettere possono curare i pazienti.

In questo articolo parlerò più precisamente della sperimentazione animale in ambito biomedico e principalmente ciò che interessa gran parte del mondo civilizzato da almeno un paio di secoli: lo sviluppo di nuovi farmaci.

Il percorso che porta alla realizzazione di un farmaco è estremamente complesso e dispendioso, sia in termini pecuniari che temporali.

Ciascuna azienda farmaceutica mira al profitto, e farebbe volentieri a meno di tutte queste fasi sperimentali.

Fortunatamente, i nostri governi pongono leggi altamente restrittive per tutelare i consumatori e i malati dalla messa in vendita di prodotti e farmaci pericolosi per la salute personale e pubblica.

Se ne deduce che tutti i farmaci messi in commercio fino ad oggi sono e devono essere testati su animali. Tutte le procedure chirurgiche sono sviluppate su animali. Tutti i device biomedicali (pacemakers, sonde) sono testati su animali. Tutta la strumentazione medica e diagnostica (radiografie, TAC, PET, risonanza) sono state sviluppate e sono implementate grazie a modelli animali. Fatta questa premessa, possiamo passare ai farmaci.

Cos’è un farmaco? Su tutti i dizionari presenti in casa si può leggere:

Ora che abbiamo chiaro quello di cui stiamo parlando, possiamo descrivere meglio le fasi e le tempistiche necessarie allo sviluppo di un singolo farmaco. Possiamo suddividere questo argomento in tre grandi fasi:

1. Ricerca di base
2. Sperimentazione preclinica
3. Sperimentazione clinica.

Ricerca di base

Durata: da 3 a 5 anni

In questo campo rientrano tutte le metodiche di ricerca necessarie all’identificazione di un bersaglio farmacologico.

Cos’è un bersaglio farmacologico? Esso è un processo o uno strumento fisiologico/patologico, frutto di miliardi di anni di evoluzione, che gli scienziati sfrutteranno per poter intervenire in maniera mirata su una specifica patologia.

Immaginatevi i giochi ad incastro che i bambini utilizzano (spero) ancora. Il quadrato potrà legarsi solo in una posizione e solo lì svilupperà un effetto biologico.

Allo stesso modo, un farmaco deve avere un bersaglio su cui agire per poter svolgere un effetto.

I ricercatori dovranno quindi creare dei composti chimici in grado di legarsi perfettamente al quadrato (primo problema) ed evitare che si leghino a tutte le altre forme (secondo problema).

Immaginare il tutto con quattro possibili forme è semplice ma ogni recettore nel corpo presenta qualche migliaio di mattoncini (aminoacidi) al quale il farmaco può potenzialmente legarsi.

Riassumendo: lo scopo della ricerca di base in ambito farmaceutico è quello di individuare nuovi bersagli farmacologici o nuovi meccanismi fino ad ora sconosciuti che permettano di aumentare le conoscenze su una determinata patologia.

Visto che l’argomento principale di questo articolo è la sperimentazione animale, mi soffermerò sull’importanza della stessa in questa fase e voglio farlo partendo dal dogma punto di vista espresso dalle persone contrarie a questa pratica:

Esistono dei metodi alternativi alla sperimentazione animale. Purtroppo però chi è contrario non sa mai dire quali.

Inizio con una breve descrizione del problema: simulare, nella miglior maniera possibile, un organismo vivente o un organo.

L’informatica può venirci in aiuto ma in maniera molto limitata e solo per le fasi di test e simulazione, non per quelle di ricerca. Se non so cosa sto andando a ricercare, come posso fare a creare in silico un sistema che preveda l’esito di una ricerca? Per farla semplice, non si può.

Esistono dei modelli computazionali, estremamente semplificati, che però sono delle grosse approssimazioni della realtà. In secondo luogo, manca la potenza di calcolo.

Ad oggi possiamo simulare eventi estremamente semplici (interazioni tra atomi) con durate massime di qualche nanosecondo. Tutto ciò senza contare che il modello computazionale necessita successive conferme in vivo.

Esistono poi le linee cellulari, che sono il principale strumento utilizzabile per i test sui cosmetici.

Le linee cellulari, sono costituite da cellule rese immortalizzate (caratteristiche tumorali) sulle quali si possono eseguire moltissimi esperimenti esplorativi e preliminari.

Le linee cellulari sono la soluzione? attualmente no.

Si fa un larghissimo uso di linee cellulari (costano nettamente meno di un animale) per gran parte degli studi di biologia molecolare, genetica, biochimica, fisiologia su mammiferi. Esse però sono la soluzione? attualmente no perché:

• non sono organismi pluricellulari. Non si può quindi tenere conto delle interazioni tra diversi organi e diversi tessuti.
• Per la fisiopatologia d’organo, sono evidentemente inutili.
• Sono immortalizzate. Esse si replicano continuamente come un tumore. E capite che può essere un grosso problema se si stanno studiando cellule che hanno tassi di crescita bassi o nulli (cellule cardiache, neuroni).
• L’80% della sperimentazione di un farmaco DEVE essere fatta, per la sicurezza nei confronti dei futuri pazienti, su organismi interi.
• Per il mantenimento delle colture cellulari, sono richiesti derivati animali (sieri), quindi ritorniamo al punto di partenza.

Si arriva quindi all’utilizzo degli animali.

Se devo studiare il funzionamento di un organo nel suo insieme, come il fegato o il cuore, come posso sperare di farlo senza avere l’organo intero?

Non si può attualmente. Tutti i sistemi visti in precedenza sono solo semplificazioni.

Se devo verificare il funzionamento di un farmaco analgesico (antidolorifico), posso testarlo su linee cellulari che per definizione non provano dolore? No, e stiamo parlando di farmaci che si usano principalmente per operazioni chirurgiche ed odontoiatriche.

Al termine di lunghi anni di ricerca, supponiamo di essere veramente fortunati e di riuscire ad individuare un bersaglio X per una patologia Y, fino ad ora ritenuta incurabile.

Oltre a pubblicare un fantastico articolo scientifico su Nature e a spendere gran parte del già povero salario in festeggiamenti, può darsi che una casa farmaceutica voglia iniziare a sviluppare un farmaco contro la malattia Y.

Da dove si parte? Visto che anche loro sono dei nerd, parte tutto dai computer.

Informatica

Si utilizzano sistemi bioinformatici per progettare nuovi composti che abbiano potenzialmente effetto su un determinato bersaglio farmacologico. Vengono sottoposte all’analisi più di 10 mila molecole.

Quelle che avranno ottenuto i migliori “punteggi” (un centinaio) potranno passare alla fase successiva. Questa fase, fino a uno o due decenni fa non esisteva, alla faccia di chi dice che non si fanno progressi nel campo.

Chimica

Questa è la fase in cui le molecole selezionate a computer vengono sintetizzate. Le sintesi richiedono enormi sforzi e decine di passaggi per arrivare ad avere, magari, una quantità minima di composto.

Da questa selezione uscirà solo una decina di molecole che potenzialmente potrebbero diventare un buon farmaco. Si passa ora alla fase di test, per vedere se ciò che è stato previsto a livello informatico è vero. Le domande che ci si pone a questo livello sono principalmente due:

• La molecola è tossica?
• La molecola funziona?

Sperimentazione preclinica

Durata: da 2 a 4 anni

Studi di tossicità

Un farmaco per poter essere messo in commercio deve superare dei controlli obbligatori per stabilire il suo livello di tossicità e la dose letale. A cosa serve stabilire la dose letale, direte voi.

Pensate ad esempio ad alcuni farmaci antitumorali utilizzati per la chemioterapia. Essi bersagliano tutte le cellule del corpo (e da qui la perdita di capelli e tutti gli altri effetti collaterali), ma in misura maggiore quelle tumorali.

Capite quindi che sapere fino a dove ci si può spingere per curare il paziente senza ucciderlo è di fondamentale importanza, sopratutto per le patologie gravi e a rapido decorso. Per quanto riguarda invece i test di tossicità, si valutano:

• Genotossicità: il farmaco induce alterazioni genetiche/cromosomiche? È cancerogeno? Altera le cellule riproduttive? Sono circa 10-15 test diversi, ciascuno con uno specifico obiettivo. Dove si può, si è passati ai test in vitro perché molto meno costosi e più rapidi. Per la cronaca, si utilizzano anche i moscerini in questa fase (Drosophila melanogaster) poiché a fronte di un costo irrisorio si ottengono enormi risultati. Ma ovviamente sono snobbati da tutti, non essendo coccolosi e con una morbida pelliccia.

In questa fase si utilizzano decine di migliaia di moscerini, ma, non essendo coccolosi, sono snobbati da tutti gli animalisti.

• Effetti sulla riproduzione: il farmaco è teratogeno? Serve saperlo se il farmaco deve essere somministrato a donne incinte. Il caso talidomide: è purtroppo un esempio di utilizzo al risparmio della sperimentazione animale. A prescindere dal comportamento riprovevole tenuto in seguito dall’azienda farmaceutica, dal punto di vista del ricercatore dico che se si fosse sperimentato anche sulla specie di coniglio New Zealand White (sensibile) si sarebbe evitato tutto. In questa fase il farmaco viene inserito in una categoria (A,B,C,D,X) che ne indica la pericolosità successiva all’assunzione in caso di gravidanza. È facile intuire che questo test è possibile esclusivamente in vivo su animali gravidi. In questa fase si valutano anche tutti gli effetti collaterali e le reazioni avverse successive all’assunzione del farmaco. Questo consente e facilita la compilazione del foglietto illustrativo.

Tutti questi test vengono ripetuti per 3 fasi:

• Tossicità acuta: per il calcolo della dose letale sono stati fatti enormi passi in avanti in questa fase per quanto riguarda il numero di animali utilizzati, seguendo il principio delle 3R (Reduction, Refinement, Replacement). Prima si utilizzavano animali di entrambi i sessi, ciascuno testato per LD50 (dose letale nel 50% degli animali) e LD90 (dose letale nel 90% degli animali), per 4 vie di somministrazione e tante concentrazioni di farmaco. Ora si utilizzano dosi crescenti di farmaco, solo in animali femmine e in gruppi di 3. In questo modo si creano 6 gruppi di tossicità con parametri che verranno poi traslati all’uomo. Come è facile intuire, le nuove norme portano un enorme risparmio di animali (e quindi soldi). Oltre a questo, nella fase di tossicità acuta si vanno ad analizzare gli effetti tossici a brevissimo e breve termine derivati dall’assunzione del farmaco.

• Tossicità a medio termine: questa fase è utile per verificare se il farmaco che andate a comprare in farmacia vi darà effetti tossici se assunto per un medio periodo (2-7 anni). Si studiano quindi animali trattati per il 5-10% della propria vita con quel farmaco per valutarne gli effetti.

• Tossicità a lungo termine: il farmaco, mi darà effetti tossici se lo prenderò a vita? Ovviamente non stiamo parlando di aspirine o analgesici blandi, ma ad esempio di farmaci antitumorali per il trattamento di leucemie. Per fare questo, si trattano animali per tutta la durata della vita e si studiano gli effetti. Data la durata della vita dei roditori, si parla quindi di 12-24 mesi al massimo. Capite bene che utilizzare gli umani, come sostengono in maniera ignorante alcuni gruppi di nazimalisti animalisti, è prima di tutto non etico e, in secondo luogo, impossibile, data che l’aspettativa di vita di un essere umano è circa 75 anni.

Studi di efficacia

I composti usciti dalla fase di ricerca di base vengono testati in vivo per vedere se sono efficaci. Bisogna utilizzare quindi modelli animali che siano in grado di mimare al meglio le patologie umane.

Quelli utilizzati nel 95% dei casi, principalmente per costi e facilità di gestione,  sono i modelli murini. Per dare un’idea dei costi, una coppia di topi transgenici parte da 10-20 mila €, a cui si sommano le spese di mantenimento della colonia, nell’ordine dei 1000-2000 € a settimana per un piccolo laboratorio (50-100 animali).

Con questo punto si smentisce chi parla di “business degli animali” da parte delle “lobby farmaceutiche”, quando essi rappresentano un enorme costo.

Una volta ottenuto il modello animale, bisogna vedere se e come il farmaco funziona. Si osserveranno la farmacocinetica (Assorbimento, Distribuzione, Metabolismo, Eliminazione: ADME) ossia tutte le biotrasformazioni ciò che l’organismo applica sul farmaco e la farmacodinamica, ossia gli effetti farmacologici sull’organismo.

Salvo rari casi, solo in queste fasi terminali si effettuano test mirati su animali che presentano caratteristiche più simili all’uomo, come maiali, cani, pecore e scimmie.

Dopo milioni di dollari e anni di test, abbiamo un farmaco non tossico e funzionante. I risultati saranno riproducibili nell’uomo? Si passa quindi alla fase clinica di sperimentazione.

Sperimentazione clinica

Durata: da 5 a 7 anni 

Questa è la fase più costosa, in cui si fa la sperimentazione su esseri umani. Si suddivide a sua volta in 3 +1 fasi:

• Fase 1: in questa fase si somministra il farmaco a 20-100 volontari sani. Sono individui sani che decidono, di assumere il farmaco per valutarne la sicurezza e la farmacocinetica. Generalmente, grazie alla sperimentazione animale, le dosi sono già quasi ottimizzate e i pericoli sono veramente minimi, tamponati dalla piena salute dei volontari. Iniziare la fase clinica direttamente su malati (organi e funzioni vitali compromesse) aumenterebbe esponenzialmente il rischio di complicazioni. A fronte dei rischi, comunque presenti, c’è un rimborso economico. I costi di questa fase si aggirano intorno a 1-2 milioni di dollari.
• Fase 2: qui inizia la sperimentazione sui pazienti volontari. Sono passati almeno 10 anni dall’inizio della trafila e si è arrivati ad ottenere un farmaco sicuro anche nell’uomo. Bisogna vedere ora se l’efficacia sarà confermata. Parentesi: con il “metodo” Stamina, nonostante l’assenza di risultati, si vuole passare direttamente alla fase 2. Capite da soli tutti i rischi connessi. In questa fase si utilizza, su circa 100-500 pazienti, il così detto test a doppio cieco; si comparano gli effetti del farmaco a quelli di un placebo, lasciando all’oscuro sia i medici che i pazienti su quanto si sta somministrando e assumendo. Nessuno di loro però sa se e chi assumerà il farmaco. Questo viene fatto per evitare le autosuggestioni e i potenziali miglioramenti dati da un complesso gioco di meccanismi psicosomatici (omeopatia?). Gli scopi di questa fase sono: 1) confermare la non tossicità nei pazienti 2) confermare l’efficacia 3) stabilire la posologia. Per quanto riguarda i costi, siamo intorno a 2-5 milioni di dollari.
• Fase 3: qui cominciano gli studi su larga scala in diversi centri ospedalieri sparsi in tutto il mondo. I pazienti volontari possono arrivare anche a 15000. In questa fase il nuovo farmaco viene comparato con gli attuali trattamenti terapeutici per evidenziarne i vantaggi come maggiore effetto, minore tossicità, maggiore emivita etc. Vengono effettuate migliaia di statistiche per poter definitivamente bollare il farmaco come innovativo, funzionante, non tossico, sicuro. Per questa fase, i costi si aggirano intorno ai 10-80 milioni di dollari.

Ora, per poter essere venduto al pubblico, il farmaco deve passare al vaglio di FDA (Food and Drug Administration, per gli USA), EMA (European Medicines Agency) e i vari corrispettivi nazionali.

Solo ora, dopo almeno 15 anni di ricerche e centinaia di milioni di dollari spesi, il farmaco verrà reso pubblico e posto, giustamente, sotto brevetto.

•  Fase 4: la fase di farmacovigilanza dura dal rilascio pubblico al ritiro del farmaco. L’azienda, in collaborazione con centri ospedalieri, medici e pazienti mantiene attivo il monitoraggio su tutti i possibili effetti avversi/nuovi emersi a seguito del rilascio pubblico. All’aumentare del campione statistico (milioni/miliardi di persone), ovviamente compariranno anche nuovi effetti collaterali ed eventi avversi non registrati con campioni vicini alle migliaia di unità; E’ anche dovere del paziente, una volta riscontrato l’effetto avverso, comunicarlo al medico di base e compilare i moduli corretti.

Qui si conclude l’iter farmacologico. Tantissimi anni di lavoro, tantissimi soldi, tantissime persone impiegate e tantissimi pazienti curati.

In questo articolo non ho inserito riferimenti a complotti, nuovo ordine mondiale, lobbies, rettiliani, cerchi nel grano ma esclusivamente le corrette procedure scientifiche, ovviamente semplificate, che portano allo sviluppo dei farmaci che usiamo ogni giorno. Spiegare e comprendere le informazioni scientifiche è un lavoro lungo e per molti può essere persino noioso.

Sicuramente è più facile e comodo restare nell’ignoranza, gridare al complotto o cercare qualcuno da incolpare.

Penso però che mettendo tutte le informazioni correttamente in prospettiva si riesca ad appiattire quel fastidioso rumore di fondo rappresentato dagli insulti, dalle minacce e dall’ignoranza di massa.

• FDA (fda.gov)
• EMA (ema.europa.eu)
• AIFA (agenziafarmaco.gov.it)
• PubMed (ncbi.nlm.nih.gov)