Principi attivi e farmaci

Secondo la FDA i principi attivi sono qualsiasi componente che fornisce attività farmacologica o altro effetto diretto nella diagnosi, cura, mitigazione, trattamento o prevenzione di malattie, o che influenzano la struttura o qualsiasi funzione del corpo dell’uomo o degli animali. I principi attivi farmaceutici sono essenziali per la “buona salute e il benessere” dell’uomo, uno degli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite.

I principi attivi sono componenti biologicamente attivi di un prodotto farmaceutico contenuti in compresse, capsule, creme, formulazioni iniettabili che producono gli effetti desiderati che trovano applicazione in farmaci che trattano patologie relative al campo oncologico, cardiologico, sistema nervoso centrale e neurologia, ortopedico, pneumologico, gastroenterologico, nefrologico, oftalmologico ed endocrinologico.

I principi attivi sono responsabili dell’interazione con obiettivi specifici nel corpo, come recettori o enzimi, per produrre l’effetto terapeutico desiderato. Questi effetti possono variare dall’alleviamento dei sintomi, al trattamento delle malattie, alla prevenzione delle malattie o alla promozione della salute generale.

I farmaci vengono prodotti in condizioni rigorose per mantenerne la consistenza e ridurre al minimo il rischio di contaminazione e, oltre ai principi attivi, contengono eccipienti ovvero sostanze chimicamente inattive come leganti, conservanti e coloranti artificiali utilizzati per stabilizzare il farmaco e per controllarne l’assorbimento.

Classificazione dei principi attivi

La classificazione dei principi attivi può essere fatta sulla base di diversi criteri come la fonte, la struttura chimica e l’uso terapeutico.

I principi attivi possono essere di origine sintetica e naturale. Quelli di origine sintetica vengono ulteriormente classificati in sintetici innovativi e generici, in base al tipo di sintesi utilizzata. I principi attivi sintetici offrono un controllo preciso sulla loro composizione chimica e spesso sono più convenienti da produrre rispetto ad altre fonti e costituiscono gran parte del mercato farmaceutico.

Quelli di origine naturale vengono estratti o isolati da fonti naturali come piante, animali o microrganismi e utilizzati nella produzione di prodotti biologici, che stanno diventando venduti sul mercato tuttavia, nonostante la crescente domanda, i farmaci biologici sono attualmente significativamente meno numerosi rispetto ai farmaci di origine sintetica.

I principi attivi naturali che includono proteine, peptidi, anticorpi e acidi nucleici possono presentare strutture chimiche complesse e offrire potenziali benefici terapeutici.

Esempi

Tra gli esempi di principi attivi particolarmente noti e diffusi vi è il paracetamolo o acetaminofene utilizzato a livello mondiale come analgesico e antipiretico. Il paracetamolo è un membro della classe dei fenoli poiché presenta un gruppo idrossile (-OH) legato ad un anello aromatico.

sintesi del paracetamolo
sintesi del paracetamolo

Può essere ottenuto attraverso diverse vie sintetiche come, ad esempio, per acetilazione del p-amminofenolo ottenuto dalla riduzione del p-nitrofenolo con anidride acetica in presenza di acido solforico quale catalizzatore.

L’acido acetilsalicilico noto come aspirina è utilizzato in medicina per ridurre il dolore, la febbre o le infiammazioni. Il composto che costituisce il precursore dell’acido acetilsalicilico è l’acido salicilico che può essere ottenuto dal fenolo. Quest’ultimo in ambiente basico dà il fenato che, in presenza di CO2 a caldo e sotto alte pressioni, dà luogo alla formazione del salicilato di sodio.

sintesi aspirina
sintesi aspirina

La soluzione è acidificata con conseguente ottenimento dell’acido salicilico. Tale reazione è nota come reazione di Kolbe-Schmitt. Per ottenere l’acido acetilsalicilico è fatto reagire l’acido salicilico con l’anidride acetica in presenza di acido fosforico quale catalizzatore.

L’N-fenil-N-[1-(2-feniletil)piperidin-4-il]propanammide noto come fentanyl è utilizzato come anestetico e nella terapia del dolore. Esso infatti è un oppioide con una potenza di circa 80 volte maggiore rispetto a quella della morfina.

sintesi fentanyl
sintesi fentanyl

La sintesi del fentanyl viene effettuata a partire dall’1-benzilpiperidin-4-one, che viene condensato con anilina per formare la corrispondente base di Schiff. Il doppio legame presente in questo prodotto viene ridotto dal litio alluminio idruro con formazione della 1-benzil-4-anilinopiperidina.

Quest’ultima viene acilata utilizzando l’anidride dell’acido propionico per dare 1-benzil-4- N- propinoilanilinopiperidina che viene sottoposta a debenzilazione utilizzando idrogeno e un catalizzatore di palladio su carbonio, per dare 4- N- propanoilanilinopiperidina che, a seguito di N-alchilazione provocata dal 2-feniletilcloruro dà luogo alla formazione del fentanyl.

Purtroppo negli ultimi anni si sta diffondendo l’uso di tale sostanza acquistata illegalmente come droga spesso associata eroina o in sostituzione di essa per i suoi effetti narcotici ed euforizzanti. A causa della sua rapida diffusione si stima che negli Stati Uniti si abbiano duecento morti al giorno per overdose di cui la maggior parte a causa di oppioidi.

Approccio biotecnologico

Numerosi composti chimici e materie prime vengono utilizzati nella reazione in più fasi per creare un principio attivo e ciò provoca il rilascio di sostanze chimiche nell’ambiente e a problemi di inquinamento. I principi attivi farmaceutici, i loro metaboliti e i prodotti di trasformazione possono quindi avere un impatto sulla salute umana e ambientale.

La presenza di questi composti è stata rilevata in tracce da nanogrammi a microgrammi nell’ultimo arco di 10 anni nelle acque sotterranee, nell’acqua potabile e nelle acque reflue. Ad esempio, è stato segnalato che alcuni progestinici ed estrogeni, ansiolitici, farmaci antinfiammatori non steroidei, anticonvulsivante e beta bloccanti influenzano cronicamente la forma fisica individuale e la salute della popolazione degli organismi acquatici

approcci innovativi
approcci innovativi

Pertanto considerando gli effetti negativi sull’ambiente le aziende farmaceutiche sono state spinte a seguire il percorso più verde per ridurre la produzione di rifiuti. Questo concetto è tra le azioni proposte che affrontano l’inquinamento farmaceutico, compreso l'”Approccio strategico ai prodotti farmaceutici nell’ambiente” dell’Unione europea che evidenzia la “progettazione farmaceutica verde” come mezzo per sviluppare prodotti farmaceutici intrinsecamente meno dannosi per l’ambiente.

Un approccio per ridurre significativamente l’esposizione ambientale fin dall’inizio è la progettazione di composti che si degradano in composti inorganici innocui, come anidride carbonica, acqua e sali inorganici da processi biotici e abiotici.

Pertanto l’attenzione è stata rivolta alla lavorazione della biomassa rispetto ai metodi tradizionali per la produzione di principi attivi. Per ottenere sostanze chimiche sostenibili la ricerca si è indirizzata allo studio delle biomasse più importanti costituite dai carboidrati, che rappresentano circa il 95% dei composti organici del pianeta.

La biomassa terrestre è in gran parte composta da lignocellulosa e, i materiali da cui essa proviene, vengono lavorati mediante tecniche chimiche, termiche o biologiche per ottenere zuccheri, sostanze chimiche o etanolo. Per degradare i materiali lignocellulosici, sono necessari alcuni pretrattamenti quali idrolisi, delignificazione che richiedono, tra gli altri, l’uso di acido solforico, trattamento alcalino e vaporizzazione ad alta temperatura.

Per convertire la biomassa in sostanze chimiche sono stati impiegati vari metodi innovativi utilizzando, ad esempio, catalizzatori basati su carbonio modificato o zeoliti. Il percorso degli approcci biotecnologici ha esplorato l’uso di biocatalizzatori o cellule per la trasformazione della biomassa in principi attivi. Tuttavia vi sono limitazioni nei processi di fermentazione che assottigliano il numero di prodotti ottenibili.

Pertanto, l’unico modo per risolvere i limiti dei percorsi biotecnologici è coinvolgere le tecnologie basate sull’ingegneria genetica e sulla tecnologia del DNA ricombinante indirizzando la ricerca alle metodologie atte ad alterare gli enzimi e gli organismi viventi per produrre le sostanze chimiche desiderate e in particolare da fonti rinnovabili.

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