Telechargé par Songuigama Coulibaly

DrugDesign.

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Cours de chimie thérapeutique et
diagnostique. Drug Design.
Ou envie de devenir un chimiste médicinal ?
Cours de chimie thérapeutique et diagnostique. Drug Design. Cours CNAM. M.PORT
Le médicament
fCode de santé publique article L.511 code de la
santé publique
|le médicament : substance ou composition présentée
comme possédant des propriétés curatives ou préventives
à l’égard des maladies humaines ou animales ainsi que
tout produit pouvant être administré à l’homme ou à
l’animal en vue d’établir un diagnostic médical ou de
restaurer, corriger ou modifier leur fonctions organiques.
|2 notions qualifiant un médicament :
¾ Présentation : cosmétique, produits diététiques....
¾ destination
o Curatif : antibiotiques...
o Préventif : vaccins...
o Diagnostique : agents de contraste...
o Corriger : contraceptifs oraux...
Cours de chimie thérapeutique
et diagnostique. :Drug
Design. Cours CNAM. insulinothérapie...
M.PORT
o Restaurer
hypolémiants,
Le médicament
fCode de santé publique article L.511 code de la
santé publique
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Le médicament
fConcrètement
|le médicament est une molécule bien définie dont le
devenir dans l’organisme est connu et dont les effets
bénéfiques sont apparus suffisamment importants par
rapport aux effets indésirables pour qu’il obtienne
l’Autorisation de Mise sur le Marché (AMM).
¾ Bénéfice / risques et amélioration du service médical rendu ASMR
¾ Effets indésirables
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Le médicament
fLes effets du médicament
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Le médicament
f Les effets du médicament
| Effet thérapeutique : amélioration de l’état de santé ou de bien être d’un
sujet en rapport avec l’utilisation d’un médicament et a priori explicable
par une de ses propriétés pharmacologiques
| Plusieurs types d’effets thérapeutiques
¾ Etiologiques : suppriment la cause de la maladie et permettent une
guérison du malade : antibiotiques, antibactériens
¾ Symptomatiques : corrigent les symptômes d’un état pathologique : AINS
¾ Préventifs : vaccins antimicrobiens et antiviraux et diminution des facteurs
de risques : antihyperenseurs
| L’effet thérapeutique est déterminé lors de l’évaluation clinique du
médicament (pré-AMM : phase 2&3 et post-AMM phase 4)
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Le médicament
f Les effets du médicament
| Effet indésirable attendu: manifestation nocive, non désirée, attribuée
au médicament mais a priori en rapport avec une de ses propriétés
pharmacologiques (ex :hémorragie de l’anticoagulant, irritation
gastrointestinale des AINS)
| Effet indésirable inattendu: manifestation nocive, non désirée, attribuée
au médicament sans rapport avec une de ses propriétés
pharmacologiques (ex : effet allergoïde des agents de contraste)
| Effet toxique : manifestation nocive apparaissant pour des doses
supérieures voire très supérieures à celles préconisées en
thérapeutique (ex : néphrotoxicité des analgésiques)
¾ Index thérapeutique : rapport de la dose toxique sur la dose efficace en
thérapeutique
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Les cibles moléculaires des médicaments.
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Les cibles moléculaires des médicaments.
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Le médicament
f Devenir du médicament
f dans l’organisme
| Phase (bio)pharmaceutique
| Phase pharmacocinétique
| Phase pharmacodynamique
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Le médicament
Phase
Evènement concerné
Objectif
Phase
pharmaceutique
Choix de la voie
d’administration
Préparation de la forme
pharmaceutique appropriée
Optimiser la distribution
Faciliter l’absorption
Eliminer des propriétés
organoleptiques
indésirables
Assurer une bonne
biodisponibilité : quotient
de la dose administrée
sur la concentration au
site d’action, en fonction
du temps
Activité maximale
Sélectivité maximale
Toxicité minimale
Phase
pharmacocinetique
Phase
pharmacodynamique
Sort du médicament dans
l’organisme :
Absorption, Distribution
Métabolisme, Excretion
("ADME")
Qualité de l’interaction
médicament-récepteur
Nature et intensité de la
réponse biologique
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L’étude de l’action d’un médicament
études (bio)pharmaceutiques
f sélection de la voie d’administration
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L’étude de l’action d’un médicament
études (bio)pharmaceutiques
f Séléction de la formulation : études physicochimiques
Objectif :
• Transformer la molécule active en une forme adaptée à son
administration au malade et permettant par ailleurs sa fabrication
industrielle
• Correction des défauts pharmacocinétiques : passage de
membranes, stabilité métabolique, durée de l ’effet etc..
• Correction des défauts
« pharmaceutiques »: solubilité ou stabilité insuffisantes,
hygroscopicité, polymorphisme, propriétés organoleptiques.
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L’étude de l’action d’un médicament
études (bio)pharmaceutiques
f Séléction de la formulation : études physicochimiques
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacocinétiques
fpharmacocinétique : connaissances permettant
d’adapter la posologie afin d’obtenir les concentrations
plasmatiques du médicament optimisant l’efficacité et
minimisant les effets indésirables
|Adorption : traversée des membranes biologiques pour
pénétrer dans la circulation systémique
|Distribution sanguine et tissulaire
|Métabolisme
|Elimination
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacocinétiques
f pharmacocinétique : évolution des concentrations plasmatiques
en fonction du temps
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
fEvaluation de l’efficacité : détermination de la
propriété principale et de tout autre effet concomittant
(effets indésirables)
¾ Effet = f(dose)
¾ Effet multiples : H1(-) & sédatif
¾ Effet = f(temps) : immédiat, retardé, arrêt du médicament
¾ Effet après administrations répétées
¾ Rapport efficacité / toxicité en fonction de la dose
¾ Différences interindividuelles
¾ Interactions médicamenteuses : synergie, potentialisation,
antagonisme
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : effets indésirables
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : effets indésirables
| Les effets indésirables de type B (bizarres) sont imprévisibles sans relation
avec la dose, et souvent sévères.
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : détermination de la propriété
principale et de tout autre effet concomittant (effets indésirables)
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : 4 niveau d’action et de réponses des
médicaments
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : détermination de la propriété
principale et de tout autre effet concomittant (effets indésirables)
| Effet = f(dose)
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : détermination de la propriété
principale et de tout autre effet concomittant (effets indésirables)
| Effet multiples : H1(-) & sédatif
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : détermination de la propriété principale et de tout
autre effet concomittant (effets indésirables)
| Effet = f(temps) : immédiat, retardé,arrêt du médicament
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : détermination de la propriété
principale et de tout autre effet concomittant (effets indésirables)
| Effet après administrations répétées (accoutumances morphines)
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : détermination de la propriété
principale et de tout autre effet concomittant (effet indésirables)
| Rapport efficacité / toxicité en fonction de la dose
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : détermination de la propriété
principale et de tout autre effet concomittant (effet
indésirables)
| Interactions médicamenteuses :
¾ Synergie
¾ Potentialisation
¾ Antagonisme
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité : agonistes, antagonistes
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Relations structures activités qualitatives :
bioisostérie
f Evaluation de l’efficacité : agonistes,
antagonistes
| Benzodiazépine : modulateur allostérique du
récepteur GABAA
| La plupart des benzodiazépines sont des
agonistes qui favorisent l'ouverture du canal
Cl- par le GABAA et ont donc un effet
inhibiteur. Elle agissent en augmentant la
fréquence d'ouverture du canal. Certaines
benzodiazépines, non utilisées en
thérapeutique, favorisent sa fermeture et
sont appelées agonistes inverses. D'autres
benzodiazépines peuvent se fixer sur les
récepteurs sans les activer et sont
antagonistes des précédentes.
| Les BZD qui favorisent l'ouverture du canal
Cl- ont des propriétés pharmacologiques
communes : elles sont anxiolytiques,
hypnotiques, anticonvulsivantes,
myorelaxantes et peuvent avoir un effet
amnésiant.
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
f Evaluation de l’efficacité
¾ Récepteurs, enzymes
¾ Fractions cellulaires isolées
¾ Cellules isolées
¾ Organes isolés
¾ Animal
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L’étude de l’action d’un médicament
études pharmacodynamiques
test comportemental de posture
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Autorisation de Mise sur le Marché
f Autorisation de Mise sur le Marché
|Agrément officiel de commercialisation et l’énoncé des
conditions de la commercialisation : indication
thérapeutique, modalité d’emploi, précautions et limites
d’emploi
|Nécessite que le fabricant justifie
¾ De l’innocuité dans les conditions normales et de l’efficacité
thérapeutique du produit
¾ D’une méthode de fabrication et de procédés de contrôle pour
garantir la qualité du produit
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Autorisation de Mise sur le Marché
f Autorisation de Mise sur le Marché
| Attribuée sur la base d’un dossier d’enregistrement (dossier d’AMM)
comprenant 3 volets :
¾ Analytique et galénique
¾ Pharmacologique
¾ Clinique : appréciation des effets thérapeutiques et indésirables
| accordée
¾ Sur la base du rapport bénéfice/risque : Amélioration du service médical
rendu (ASMR) : attribution du niveau par la commission de transparence
o ASMRI : progrès majeur
o ASMRII : amélioration importante en termes d’efficacité thérapeutique et/ou
réduction des effets indésirables
o ASMRIII: amélioration modérée
o ASMRIV: amélioration mineure
o ASMRV : absence d’amélioration
¾ le rapport bénéfice/risque dépend de la pathologie traitée : pour une
pathologie grave et peu pourvue en thérapeutique, le rapport
bénéfice/risque pourra être relativement faible (ex anticancéreux)
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Autorisation de Mise sur le Marché
f Amélioration du service médical rendu (ASMR) en 2006
| 4 ASMRI : progrès majeur
| 16 ASMRII : amélioration importante en termes d’efficacité thérapeutique et/ou
réduction des effets indésirables
| 19 ASMRIII: amélioration modérée
| 0 ASMRIV: amélioration mineure
| 19ASMRV : absence d’amélioration
f 4 ASMRI : nouvelles molécules ou extension d’indication d’anciennes
molécules
| Sildenafil : inhibiteur de phosphodiesterase V : traitement de l’hypertension
artérielle pulmonaire pour améliorer la capacité d’effort des malades
| Avorvastatine : prévention des complications coronaires et cérébrovasculaires
chez les patients diabète II
| Herceptin : anticorps monoclonal dirigé contrele récepteur her2 neu; tritement
adjuvant aux chimiothérapies standarts
| Mabthera : amélioration de la survie des patients porteur d’un lymphome
folliculaire
uneDrug
première
Cours de chimie
thérapeutique après
et diagnostique.
Design. Coursrémission.
CNAM. M.PORT
AMM : Etudes précliniques réglementaires
f Evaluation de la pharmacocinétique, de l’action
pharmacologique & de la toxicologie chez l’animal
f Toxicité animale
| Toxicité aigüe : DL50 (dose léthale 50% animaux à 7j)
| Toxicité subaigüe : 14j, mortalité + lésions (anatomopathologie)
| Reproduction : fertilité, embryotoxicité, foetotoxicité, tératogénèse,
surveillance péri et post natalité
| Mutagénèse et cancérogénèse (altération génétique test d’Ames :
nombre de mutations chez souches mutantes)
f Passage en clinique
| Formalisé : ex USA : obtention de l’IND (Investigationnal New Drug
Apllication)
| Non formalisé : ex France (responabilité du laboratoire)
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AMM : Etudes précliniques réglementaires :
pharmacologie de sécurité
f Approche fonctionnelle des effets toxiques d’une
molécule candidate
f Evaluation systématique et approfondie des grandes
fonctions
|Cardiovasculaire
|ECG (torsades de pointes..)
|Pulmonaire
|SNC
|Rénale
|Etc.
f Sur modèles in vitro, ex vivo, in vivo
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AMM: Etudes précliniques réglementaires :
pharmacologie de sécurité
fDoit être BPL
fSouvent sous-traitée
fIntérêt ++ pour la préparation des
essais cliniques
fDocumentation a posteriori d’effets
inattendus (interactions, hémostase,
etc.)
fTrès réglementée
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AMM : Etudes précliniques réglementaires :
pharmacologie de sécurité
fBiais liés au choix du modèle expérimental
|Inadaptation à la question posée
|Rôle de l’environnement
|Biorythmes
|Choix de l’espèce animale
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AMM : Etudes cliniques
f Objectifs
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AMM : Etudes cliniques
f Phase 1 : tolérance et innocuité
|Volontaires sains # 40 (exception : ex anticancéreux)
|Dose ranging : tolérance, effet indésirables, PK
fPhase 2a : efficacité
|Malades (nombre restreint # 100)
|Vérification de l’activité thérapeutique
fPhase 2b : efficacité
|Malades (nombre restreint # 300)
|Vérification de l’activité thérapeutique
|Détermination de la posologie (dose / efficacité)
|Effets indésirables à court terme
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AMM : Etudes cliniques
f Phase 3 : expertise clinique
| Malades (grand nombre, multicentrique 500 à 4000)
| Efficacité thérapeutique versus placebo ou médicament de référence
| Importance des effets indésirables les plus fréquents
| Précaution d’utilisation, interaction médicamenteuses, contreindications
f Phase 4 : post AMM
| Malades (grande échelle)
| Confirmation de l’effet thérapeutique et des effets indésirables :
préciser l’ ASMR
| Efficacité thérapeutique et tolérance dans des conditions habituelles
d’utilisation
| Certains effets rares ne sont décelés que durant la phase 4
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Pharmacovigilance
f étude des effets indésirables : détection , évaluation,
compréhension et prévention des risques d’effets
indésirables des médicaments
|Détection d’effets indésirables non connus
|Préciser les effets indésirables connus : fréquence,
mécanisme et facteurs de risques
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Médicaments retirés du marché pour
cause de toxicité
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Médicaments retirés du marché pour
cause de toxicité
f Zelnorm (Novartis) : traitement Parkinson
| Approuvé FDA 2002. Retrait commercialisation 2007
| 0.11 % des patients avec problèmes cardiovasculaires vs 0.01% sous placebo.
f Bextra (Pfizer) : traitement arthrite
| Retrait commercialisation 2005
f Tysabri (Biogen Idec’s) : traitement sclerose en plaque
| Retrait commercialisation 2005
f Vioxx (Merck) : traitement arthrite et prévention des résurgences de
polypes précancéreux
| Retrait commercialisation 2004 : risque élévé de crises cardiaques / placebo
f Torcetrapib (Pfizer) : traitement atherome (augmentation HDL)
| Retrait après phase 3 sur 15000 patients (750 M€ investis) : 2007
| 82 patients décédés sous association Torcetrapib et Lipitor (atorvastatine).
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Conclusion la course d’obstacles
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La pharma voit sa prospérité diminuer (1)
fPression sur les prix
fObligations réglementaires
fEnchevêtrement légal
fMontée des génériques
fDéclin de productivité de la
R&D
Source: Rebuilding the R&D engine in big pharma –
JC
Garnier,
Harv Bus
Review, May
2008
Cours
de chimie
thérapeutique
et diagnostique.
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fAugmentation
des coûts
fBaisse des
revenus
… Avec une R&D qui aurait touché le
fond?
Taux de succès à chaque phase lors de la recherche de produits
pharmaceutiques
87%
100%
80%
60%
40%
20%
55%
30%
18%
20%
15%
En
re
gi
st
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Ph
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II
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I
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Pr
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R
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he
rc
he
0%
Source : CMR
en 1997, 40 milliards $ ont
“permis” l’enregistrement de 120
molécules aux USA - en 2007, 120
milliards ont “permis”
l’enregistrement de 40 molécules
Source: IMS Consulting, 2007
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Amélioration de la productivité
en R & D
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Amélioration de la productivité
en R & D
f Organisation de la R&D
Besoins
cliniques
Identification
de la cible
Identification
d'une molécule
"chef de file"
Molécule
candidate
Études de relation
structure/activité
Posologie
optimale
Industrialisation
Études
pré-cliniques
et de
Phase 1
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Preuve du
concept
Phase 2
Agrément
Phase 3
Amélioration de la productivité
en R & D
1 Formulation de l’hypothèse de recherche et identification
de la cible
2 Mise au point d’un test pharmacologique
3 Criblage traditionnel ou à haut débit = identification
de touches : hit
4 Validation des touches et optimisation = RSA +
Synthèse parallèle + Modélisation : lead
6 Evaluation de la toxicité et la première dose humaine
7 Demande du statut d ’IND « Investigational New Drug »
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Amélioration de la productivité
en R & D
La stratégie globale
Identification et validation de la cible
Sélection et optimisation d’un composé candidat
Criblage à haut débit (« HTS ») (env. 100.000 composés/jour)
Études ADMET
Essais cliniques (phase 1 à 4)
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Amélioration de la productivité
en R & D
fComment réduire ce taux d’échec ?
En prenant en compte le plus tôt possible les
paramètres pharmacocinétiques des analogues du
chef de file
- dès leur conception (connaissances, extrapolation
par modélisation)
- sélectionner les meilleurs composés (pas
uniquement en fonction de leur puissance)
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Amélioration de la productivité
en R & D
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… La logique de portefeuille
Source:
Cours de
IMS
chimie
Consulting,
thérapeutique
2007 et diagnostique. Drug Design. Cours CNAM. M.PORT
Amélioration de la productivité
en R & D
fProduire plus de molécules : synthèse parallèle
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Amélioration de la productivité
en R & D
fPurifier ces molécules : HPLC préparative
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Amélioration de la productivité
en R & D
fOptimiser ces molécules : relations structure / activité
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Amélioration de la productivité
en R & D
Criblage à haut débit
f Microplaques de 384
voire 1536 puits
f Automatisation ++
f µvolumes →
nanotechnologies
f Recherche de
« touches » qui
donnent
éventuellement des
têtes de série
(« hit/lead »)
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Amélioration de la productivité
en R & D
Criblage à haut débit
f Polarisation de fluorescence (++ pour cibles solubles).
Mesure de la liaison/dissociation de 2 molécules à condition
que l’unde des 2 soit petite et conjuguée à un fluorophore).
f Bioluminescence et chimioluminescence. Étude des
interactions protéine/protéine. Approche BRET
(Bioluminescence Resonance Energy Trandfer).
f Radioactivité. Détection de compétiteurs mais ne renseigne
pas sur la nature (ago/antago).
f Biacore: visualisation en temps réel des interactions entre
biomolécules non marquées dans un débit continu de
tampon.
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Amélioration de la productivité
en R & D
Association
cible +
molécule
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Amélioration de la productivité
en R & D
Actuellement :
environ 500
cibles
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Amélioration de la productivité
en R & D
Cibles potentielles: > 6500
Apport de la génomique (séquençage du génome humain)
Canaux ioniques et enzymes peu exploités actuellement
Récepteurs
heptahélicoïdaux
et nucléaires
: probablement surestimés
Cours
de chimie thérapeutique
et diagnostique. Drug Design. Cours
CNAM. M.PORT
Amélioration de la productivité
en R & D
Molécules chimiques ou biologiques (biomédicaments)?
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Amélioration de la productivité
en R & D
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Amélioration de la productivité
en R & D
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Amélioration de la productivité
en R & D
Un certain désenchantement…
f Approche encore mal optimisée (validation et choix
des cibles…)
f Association hypothétique entre cible et pathologie:
ça n’est probablement pas si simple…
| récepteur de la leptine et obésité
|LDL-R et athérosclérose
|Récepteurs du complément et inflammation
|IL-4 et allergies
f Retour aux sources ?
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Gare au réductionnisme !
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Back up
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Le médicament
f Thérapeutique
| Partie de la médecine qui étudie et met en application les moyens
propres à guérir et à soulager les malades : médicaments,
psychothérapie, chirurgie.........
f Pharmacologie
| Etude des médicaments pour en déduire les indications et contreindications
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AMM : Etudes précliniques réglementaires :
pharmacologie de sécurité
fTorsades de pointes
|Des retraits très douloureux suite à des
accidents mortels
|Modèles in vitro (canal K+ hERG) ou in
vivo (télémétrie)
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AMM : Etudes précliniques réglementaires :
pharmacologie de sécurité
f Effets d’espèce
| Acide éthacrynique: diurétique ++ chez Homme, Singe, Chien, Souris.
Effet moindre chez le Rat
| Ouabaïne : inhibition Na+/K+-ATPase ++ chez Homme, Chien. Moindre
effet chez Cobaye, Lapin. Faible activité chez le Rat
| Aminoglycosides : seuil toxique 10-60 fois plus haut chez l’Animal que
chez l’Homme
| Produits de contraste iodés : moins néphrotoxiques chez le Rat que
chez l’Homme
| « Pulmonary-intravascular macrophages » chez le Porc mais pas le
Chien ou l’Homme
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Amélioration de la productivité
en R & D
Les omiques…
Génomique
Transcriptomique
Protéomique
Gènes (ADN)
ARNm
Protéines (récepteurs, enzymes, etc.)
Métabonomique
Métabolites
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Amélioration de la productivité
en R & D
Métabonomique
f Etude quantitative des perturbations métaboliques
observées au cours du temps au sein d’un organisme
|Suite à l’administration d’une substance
|Au cours d’une maladie
|En réponse à des variations d’ordre physiologique
|En réponse à tout autre facteur altérant le métabolisme
f Analyse simultanée d’un grand nombre de
métabolites dans les fluides biologiques
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Amélioration de la productivité
en R & D
f Métabolisme.
|Métabolisme de phase 1
¾ Oxydation : les cytochromes P450 catalysent le métabolisme
oxydatif de nombreuses substances y compris les médicaments.
Seulement trois familles de cytochromes et P450 sont considérés
comme importants dans le métabolisme d’un grand nombre de
médicaments (CYP1A2, CYP2D6, CYP3A4).
¾ Réduction
¾ Hydrolyse
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Amélioration de la productivité
en R & D
f Métabolisme.
| Métabolisme de phase 1 : les
cytochromes P450
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Amélioration de la productivité
en R & D
f Métabolisme.
| Métabolisme de phase 2: processus de conjugaison
¾ Le processus de conjugaison nécessite l’attache, par voie enzymatique,
d’une molécule activée au médicament ou à un métabolite produit dans la
phase 1.
o Morphine -> morphine-6-glucuronide
o minoxidil -> sulfate de minoxidil
o procaïnamide -> N-acétyl- procaïnamide
Cours de chimie thérapeutique et diagnostique. Drug Design. Cours CNAM. M.PORT
Amélioration de la productivité
en R & D
Métabolisme
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Phage Display
Peptides exprimés comme une
protéine de fusion liée à une protéine
de l’enveloppe du bactériophage :
→bibliothèque aléatoire de peptides
Amplification des phages d’intérêt.
Inconvénient: les peptides de
faible affinité: perdus lors du lavage
et ceux de très forte affinité pas élués
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