Applicazioni di terapia mirata: Trastuzumab e terapia anticancro

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INTRODUZIONE  
 
Il presente lavoro di tesi approfondisce, sotto diversi aspetti, l‟approccio 
rivoluzionario che le terapie mirate hanno creato, già da qualche tempo, nel mondo 
scientifico e soprattutto in ambito clinico e diagnostico, dove ad oggi rivestono un  
ruolo di primaria importanza. L‟aggettivo “mirata” evidenzia una caratteristica 
specifica del farmaco che si serve di questo nuovo approccio terapeutico per la cura 
di particolari patologie: la sua spiccata selettività e specificità d‟azione su un target 
molecolare. Più precisamente, quando si parla comunemente di target therapy ci si 
riferisce ad una terapia che ha come target (bersaglio) uno specifico fattore alla base 
di una patologia, sia di natura infiammatoria che neoplastica. Si parla, quindi, di 
terapie che prendono di mira passaggi cruciali per lo sviluppo e la progressione di 
una patologia. 
In oncologia, in particolare, i nuovi farmaci vanno a colpire i meccanismi con 
cui le cellule normali si trasformano in cellule tumorali, crescono a dismisura e si 
diffondono ad altre parti del corpo. Colpire il target specifico è la peculiarità di tale 
approccio terapeutico, che fonda le proprie radici su un concetto teorico che, già agli 
inizi del novecento, aveva rivoluzionato la vecchia concezione scientifica delle 
patologie: il “magic bullet” di Paul Ehrlich. Il cambiamento apportato da tale 
concetto - rivoluzionario per l‟epoca - mostra nelle moderne terapie mirate tutta la 
sua valenza scientifica. Direzionare in maniera altamente selettiva e specifica un 
agente farmacologico su una cellula target, come se fosse un vero e proprio 
“proiettile magico” crea, indubbiamente, i presupposti per una migliore risoluzione 
della patologia, risparmiando, in tal modo, le cellule sane dall‟azione tossica. 
La conoscenza approfondita di specifici bersagli all‟interno di una cellula 
rappresenta uno degli elementi più critici per lo sviluppo di una terapia mirata, 
soprattutto in ambito oncologico, dove il gruppo dei tumori - caratterizzato da 
particolari target terapeutici - sembra essere, ancora oggi, molto ristretto. Proprio 
perché interferiscono in maniera specifica con i processi responsabili della nascita di 
un tumore, della sua crescita e della sua diffusione attraverso le metastasi, queste 
cure risparmiano in genere i tessuti sani. Le terapie mirate rappresentano, infatti, uno 
dei più importanti e potenti strumenti nella medicina definita “personalizzata”,
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secondo cui per ogni malato occorre trovare una cura più appropriata che produca i 
migliori risultati con il minor carico possibile di effetti collaterali indesiderati.  
Dunque, considerata l‟importanza e la complessità dell‟argomento oggetto del 
presente lavoro, si è ritenuto opportuno focalizzare l‟attenzione - nella prima parte - 
sui principali processi produttivi e sulle differenze che caratterizzano la classe dei 
farmaci biotecnologici, diversamente definiti farmaci a bersaglio molecolare o 
biofarmaci. A tal proposito è stato senz‟altro utile fornire una ricostruzione storica 
delle principali scoperte biotecnologiche che hanno caratterizzato i secoli passati e 
che sono stati, come noto, precursori dei moderni farmaci biotecnologici. Infatti, la 
moderna concezione di farmaco biotecnologico si basa su un metodo di 
progettazione differente rispetto alle vecchie metodiche di sintesi organica, ma 
soprattutto, su una nuova teoria produttiva, che si avvale dei naturali e fisiologici 
eventi che accadono all‟interno di una cellula.  
L‟attenzione è stata rivolta, successivamente, ad una classe specifica di 
farmaci biotech che rappresenta una delle più importanti conquiste in ambito clinico 
e diagnostico per la cura di alcune neoplasie: gli anticorpi monoclonali. In 
riferimento a tali molecole sono state ampiamente illustrate sia le caratteristiche che 
le particolarità che il nostro sistema immunitario mostra nel produrle come risposta 
ad uno stimolo di natura antigenica. A tal proposito, sono state anche analizzate le 
principali tecniche estrattive ed identificative di cui si servono i moderni operatori 
del settore per la progettazione di classi anticorpali utilizzate al solo scopo 
terapeutico. A fronte delle principali differenze che emergono tra la classe degli 
anticorpi policlonali e quella degli anticorpi monoclonali, si arriva ad affermare, nel 
proseguo della trattazione, la preferenza di quest‟ultimi in ambito clinico e 
diagnostico.  
A fronte di tale ricostruzione introduttiva, il presente lavoro ha preso altresì in 
considerazione la moderna concezione terapeutica della cura del cancro mediante 
l‟utilizzo dei farmaci a bersaglio molecolare. Il loro utilizzo non viene limitato 
unitamente al solo anticorpo monoclonale ma, come è stato ampiamente argomentato 
nei paragrafi successivi al primo, può basarsi su una serie di approcci terapeutici 
risolutivi per la cura della neoplasia. Infatti, l‟anticorpo monoclonale può essere 
utilizzato come un vero e proprio carrier su cui viene trasportato il farmaco
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citotossico (tossina, chemioterapico, isotopo radiattivo), creando, in tal modo, una 
nuova molecola terapeutica che và sotto il nome di immunoconiugato. L‟anticorpo 
monoclonale può, inoltre, essere coniugato ad un enzima e somministrato in 
concomitanza ad un profarmaco. Il principio generale d‟azione su cui si basa tale 
approccio terapeutico prende il nome di processo ADEPT (Antibody Directed 
Enzyme Prodrug), e riconosce, nell‟enzima coniugato all‟anticorpo monoclonale, il 
suo elemento distintivo. Infatti, tale enzima, veicolato dal legame selettivo 
dell‟anticorpo monoclonale nelle immediate vicinanze della cellula neoplastica, è in 
grado di convertire il profarmaco (variante inattiva del farmaco priva della valenza 
farmacologica) in farmaco attivo, quindi, capace di esplicare la sua azione citotossica 
sulle cellule neoplastiche.  
Il secondo capitolo ha ad oggetto lo studio di una patologia specifica che 
viene comunemente riconosciuta e trattata con un anticorpo monoclonale umanizzato 
(trastuzumab): il cancro mammario e, nello specifico, una variante più aggressiva e 
dalla prognosi più sfavorevole per il paziente, il cosiddetto tumore HER-2 positivo. 
Questo tipo di patologia esprime sulla membrana delle proprie cellule malate il 
recettore HER-2 appartenente alla famiglia dei recettori per il fattore di crescita 
dell‟epidermide, riconosciuto e successivamente legato da un anticorpo monoclonale, 
che già da qualche anno riveste un ruolo di primaria importanza in ambito medico: il 
trastuzumab.  
Questo anticorpo monoclonale umanizzato, ottenuto mediante transfezione 
del DNA codificante in cellule di roditore (cellule CHO), rappresenta l‟argomento 
centrale dei capitoli 3,4 e 5. Nel primo di questi tre capitoli viene considerato il suo 
approccio rivoluzionario nella terapia del tumore mammario HER2+; la sua 
straordinaria selettività di legame sulle cellule neoplastiche e la minima ripercussione 
su quelle sane. Il meccanismo d‟azione che esplica sulle cellule neoplastiche non è, 
ancora oggi, del tutto chiarito, ma si pensa possa nascere da un‟insieme di azioni ed 
effetti che l‟anticorpo monoclonale esercita sulle cellule neoplastiche. Il suo legame 
ai recettori HER-2, overespressi sulla membrana delle cellule cancerose, provoca una 
serie di eventi pro-apoptosi diretti ed indiretti, servendosi  anche attivamente della 
risposta mediata dalle cellule del nostro sistema immunitario e delle proteine che 
fanno parte del  complemento. L‟effetto finale è la morte delle cellule malate che
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iperesprimono il recettore HER-2 e la totale salvaguardia delle cellule sane che 
vengono risparmiate totalmente dalla sua azione terapeutica. 
Il quarto capitolo è incentrato sulla comprensione del costrutto dell‟anticorpo 
monoclonale trastuzumab ma, soprattutto, sui vari meccanismi d‟azione che esplica a 
livello delle cellule malate. A fronte delle note proprietà del trastuzumab nei 
confronti delle cellule neoplastiche del tumore mammario HER-2+, nonché del suo 
legame selettivo e specifico su tali cellule, è stato creato recentemente un farmaco 
che rappresenta il capostipite degli anticorpi definiti “armati”, il T-Dm1, ottenuto dal 
legame tra il trastuzumab ed un potentissimo agente chemioterapico. In un paragrafo 
del quarto capitolo è stata trattata, dunque, la sua specificità d‟azione e l‟effetto 
terapeutico che esplica sulle cellule neoplastiche del tumore mammario HER-2+.  
Pertanto, alla luce della ricostruzione effettuata, è parso utile soffermarsi, 
nella parte conclusiva del lavoro, sugli elementi a favore e quelli contrari derivanti 
dall‟utilizzo della terapia con trastuzumab per la cura del tumore mammario HER2+. 
Sono stati, perciò, analizzati i suoi effetti collaterali e le principali differenze esistenti 
tra questo nuovo approccio terapeutico, ricco di evidenti risvolti pratici in ambito 
clinico e le comuni ed invalidanti risposte derivanti dalle vecchie terapie basate sui 
chemioterapici.
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CAPITOLO I 
L’EVOLUZIONE BIOTECNOLOGICA: STORIA E 
INNOV AZIONI 
Il termine “biotecnologia” è un neologismo la cui etimologia deriva 
dall‟unione di due sostantivi distinti: biologia, intesa come scienza che mira allo 
studio di tutto ciò che riguarda la vita, compresi i fenomeni e le leggi che la 
governano; tecnologia, intesa come studio primario delle scienze applicate e dei 
procedimenti per la trasformazione della materia prima in prodotti d' impiego o di 
consumo. 
Nell‟accezione moderna del termine, le biotecnologie s'identificano con le 
tecnologie che impiegano organismi viventi (microrganismi, piante, animali), le loro 
componenti cellulari e subcellulari o i loro prodotti (ormoni, tossine, enzimi), per 
l‟ottenimento di materiali utili all‟uomo. 
Le biotecnologie tradizionali, intese semplicemente come utilizzazione di 
organismi viventi (batteri, lieviti, cellule vegetali), risalgono a tempi preistorici. Pur 
senza la minima conoscenza teorica, per lungo tempo, gli uomini hanno ottenuto 
bioprodotti secondo metodi tradizionali, sperimentando tecniche di manipolazione 
degli alimenti prima ancora di tramandarne testimonianza scritta. 
V olendo tracciare un breve profilo storico dell‟impiego quotidiano delle 
metodiche basate su processi biotecnologici, potremmo addirittura partire dagli 
antichi Sumeri, con la fermentazione della birra, sino ad arrivare all‟origine reale ed 
effettiva delle biotecnologie avanzate, con la scoperta di batteri e lieviti, responsabili 
dei processi di trasformazione di sostanze alimentari. Tutto questo avvenne verso la 
metà del 1800, periodo in cui gli studi di Luigi Pasteur cominciano a far 
comprendere fenomeni usuali (fermentazione della birra, del vino e dell‟aceto) ma 
fino ad allora inesplicabili: questa è la ragione per cui Pasteur è considerato il padre 
della biotecnologia. Faranno seguito importanti e fondamentali scoperte, nei secoli 
successivi, che porteranno in rassegna processi e metodiche di fondamentale 
importanza per la moderna concezione “biotecnologica”.
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Nell‟applicazione delle biotecnologie innovative, l‟industria farmaceutica 
ricopre un ruolo pioneristico e la cura della salute è il settore al quale le 
biotecnologie hanno finora dato l‟apporto e il contributo più efficace, sia in termini di 
prodotti (terapeutici, profilattici e diagnostici) che di ricerca e sviluppo. I  primi anni 
‟80 hanno visto comparire per la prima volta i prodotti della moderna biotecnologia 
farmaceutica dal momento in cui la Food and Drug Administration (FDA) ha 
approvato - nel 1982 - l‟insulina prodotta da batteri ricombinanti mediante 
l‟inserimento nel loro DNA dell‟informazione genetica specifica. Si affianca, nel 
1985, la produzione attraverso la tecnica del DNA ricombinante (rDNA) dell‟ormone 
della crescita, cui seguiranno altri ormoni peptidici, citochine, enzimi, fattori della 
coagulazione, vaccini biotecnologici e anticorpi monoclonali (mAb). 
La realizzazione biotecnologica di prodotti farmaceutici ha trasformato 
radicalmente l‟intero gruppo dei sistemi preventivi, diagnostici, curativi, ma anche 
produttivi. L‟industria farmaceutica biotecnologica è soprattutto un‟industria 
microbiologica, che utilizza la biologia molecolare come strumento per la messa a 
punto di bio-processi industriali che, partendo da microorganismi, permettono la 
produzione di farmaci di nuova concezione (farmaci biotecnologici). 
Difatti, la  principale attività della bioindustria - definibile come comparto 
produttivo che abbraccia diversi settori che vanno dai prodotti farmaceutici e 
diagnostici sino all‟industria alimentare - è rivolta alla produzione di articoli 
farmaceutici e diagnostici. In questo settore in rapida crescita, le potenzialità offerte 
dalle biotecnologie sono rivoluzionarie. La terapia, infatti, può trarre vantaggio da 
farmaci molto più selettivi ed efficaci che, mimando meccanismi molecolari, naturali 
e fisiologici per la cellula, possono permettere il ripristino di condizioni 
compromesse, fornendo specificità d‟azione e riducendo gli effetti collaterali negativi 
[1]. 
L‟argomento di base della bioindustria che approfondiremo nel prossimo 
paragrafo riguarda, appunto, l‟ampio e variegato mondo del farmaco biotecnologico, 
anche conosciuto come “biofarmaco”. 
Prenderemo, dunque, in esame, sia la sua struttura fondamentale, i processi ed 
i sistemi relativi al loro impiego, che i vari aspetti peculiari che possono derivare 
dalla scelta di una terapia basata su farmaci biotech rispetto alla già nota terapia
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basata su farmaci ottenuti con procedimenti estrattivi o per sintesi organica. Infine, 
focalizzeremo l‟attenzione su un gruppo specifico di farmaci biotecnologici, che oggi 
giorno ha quasi soppiantato completamente le prime proteine, ottenute mediante le 
tecniche del DNA ricombinante (rDNA): gli anticorpi monoclonali. Una classe di 
farmaci che si riveleranno preziosi per numerose applicazioni, sia come tali che come 
carrier di farmaci su specifici siti bersaglio. 
 
1.1. STRUTTURA E FUNZIONI DEL FARMACO 
BIOTECNOLOGICO 
La maggior parte delle ricerche in campo biotecnologico è oggi diretta alla 
diagnosi, terapia e prevenzione delle patologie dell‟uomo. Dagli anni 70, grazie 
all‟introduzione di metodologie innovative, quali la tecnologia del DNA 
ricombinante, la PCR e la tecnologia degli ibridomi, le biotecnologie farmaceutiche 
hanno avuto un‟enorme spinta che ha permesso la produzione - su larga scala - di 
proteine tipiche dell‟organismo umano, ottenibili per altre vie in quantità molto 
limitata. Il processo di ricerca e sviluppo di nuovi farmaci, con l‟avvento delle 
moderne tecniche molecolari e biotecnologiche, sta nettamente cambiando: 
l‟approccio odierno è, infatti, più che altro di tipo biologico (cellulare e molecolare), 
a differenza di 10-20 anni fa in cui era, in prevalenza, di tipo chimico ed estrattivo 
[2]. 
I farmaci biotecnologici, diversamente anche detti “biofarmaci” o “farmaci a 
bersaglio molecolare”, possono essere definiti come il prodotto di organismi 
geneticamente modificati. 
Ne sono esempi le “prime” proteine ricombinanti (ottenute mediante la 
tecnica del rDNA), gli ormoni polipeptidici, i derivati del sangue (agenti sia 
trombolitici che coagulanti), le citochine (interleuchine, interferoni, fattori di 
crescita) e i vaccini ricombinanti che, diversamente dai vaccini tradizionali, 
impiegano solo l‟antigene e non il patogeno intero. A differenza dei farmaci 
tradizionali, costituiti da piccole molecole (small molecules), i farmaci biotech sono 
costituiti da macromolecole di natura proteica o derivati degli acidi nucleici. Sono, 
quindi,  prodotti che, a differenza dei primi, mostrano un peso molecolare (PM)
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molto più alto [3]. Tra le due classi  di farmaci sussistono dunque differenze rilevanti 
nelle fasi di ricerca, sviluppo e produzione. Tali differenze costituiscono dei fattori 
critici, che devono essere valutati attentamente nello sviluppo e nell‟utilizzo clinico 
di un farmaco biotecnologico. I principali fattori critici sono sintetizzati di seguito 
[4]: 
 Contrariamente ai farmaci convenzionali, le proteine terapeutiche (farmaci 
biotech.) non possono essere prodotte per sintesi, ma soltanto per fermentazione o 
mediante colture di cellule di mammifero. 
 I biofarmaci sono progettati generalmente a partire da un meccanismo 
d‟azione (o da un target biologico) noto, o almeno atteso. 
 Rispetto ai farmaci tradizionali, che possono avere più siti d‟azione e più vie 
di escrezione, le proteine sono dotate di una maggiore specificità e garantiscono una 
maggiore purezza e sicurezza d‟impiego. 
 La presenza di sostanze contaminanti (ad esempio composti azotati di origine 
batterica) legate al processo di produzione, può provocare reazioni avverse di 
incompatibilità. 
 La degradazione del farmaco, lungo il tratto gastrointestinale, impone la 
somministrazione per via parenterale (non per tutti i prodotti biotech) e, in taluni 
casi, il rilascio al sito target può risultare critico, a causa della degradazione da parte 
di enzimi metabolici. 
 Per aumentare l‟emivita plasmatica  della proteina ricombinante possono 
essere richieste dosi elevate e somministrazioni frequenti, con la conseguente 
insorgenza di effetti indesiderati a carico di differenti organi o compartimenti 
corporei (per esempio la frequente reazione di ipersensibilità). 
 Mentre per i farmaci tradizionali la data di scadenza viene stabilita mediante 
test accelerati di stabilità, condotti a temperature e gradi di umidità superiori a quelle 
di stoccaggio, per le proteine ciò non è attuabile, data la loro palese termolabilità. La 
data di scadenza si deve, quindi, stabilire mediante studi di stabilità condotti in 
condizioni reali.