La aspirina y los caminos diversos del desarrollo de nuevos fármacos
Claudia Pérez Leirós
Departamento de Química Biológica. FCEyN UBA-CONICET.
Recibido: 5 de agosto de 2010
Aceptado: 10 de agosto de 2010
Resumen
La aspirina ocupó por muchos años un lugar destacado en la farmacología –y en el récord de ventas de medicamentos- sin que se tuviera conocimiento de que la isoforma 2 de la enzima ciclo-oxigenasa (COX-2) era el principal sitio blanco para lograr el efecto anti-inflamatorio. Esto sucede con muchas drogas que se desarrollan y se emplean en forma segura en individuos desde mucho antes de conocer la estructura de su sitio de acción en el organismo, o la relación entre su estructura química y su actividad biológica. A diferencia de la aspirina, aunque totalmente ligado a su historia, el desarrollo de los anti-inflamatorios que son inhibidores selectivos de la COX-2 tuvo una estrategia diferente: en este caso para desarrollar las drogas inhibidoras de su actividad, los investigadores emplearon un método que se conoce como diseño racional. Es decir, conociendo la estructura de la enzima que se pretendía inhibir, investigaron la estructura química de su sitio activo y las diferencias entre éste y el de la isoforma 1 de esta enzima, COX-1, y diseñaron un fármaco ‘a medida’ de ese sitio de modo de bloquear el acceso del sustrato a dicho sitio en forma selectiva.
Palabras Clave: aspirina – desarrollo de medicamentos – diseño racional – inhibidores selectivos de COX-2
Abstract
Aspirin and the winding roads to drug development
Aspirin was largely known in Pharmacology –and highly ranked as a blockbuster drug- long before the isoform 2 of cyclo-oxygenase (COX-2) was found as the major target for its anti-inflammatory effect. This happens with many drugs developed and employed in humans before their structure-activity relationship is completely understood. In contrast to aspirin, although deeply related to its history, the development of selective COX-2 inhibitors (coxibs) took advantage of a different strategy. Based on a rational design strategy, scientists developed molecules that could fit in the enzyme active site. These kind of ‘custom-made’ molecules were designed to selectively block the access of the substrate to the enzyme active site only in COX-2 isoform thus inhibiting COX-2 but not COX-1 enzymatic activity.
Key words: aspirin – drug development – rational design – selective COX-2 inhibitors
La aspirina cumplió 111 años el 6 de marzo pasado si se tiene en cuenta como día de nacimiento el de la obtención de la patente por el laboratorio Bayer. La historia de la aspirina ha sido contada y revisada frecuentemente en tantos años de vida y esto fue especialmente así en su cumpleaños número 100 en 1999, cuando se realizaron homenajes y festejos en todo el mundo. Para ese momento la compañía que la vio nacer vistió uno de sus edificios de 120 metros de altura en Leverkusen, Alemania, con un envase como el de una enorme caja de aspirinas verde y blanca que lo cubría, lo que le valió entrar al libro Guinness de récord por ser la publicidad gráfica más grande del mundo (varias fotos tomadas de día y de noche desde distintos ángulos están disponibles en internet). El centenario también fue la oportunidad para que se difundieran nuevos datos de color de la wonderdrug o droga maravillosa, como por ejemplo que en una encuesta realizada para la revista estadounidense Newsweek los norteamericanos la eligieran entre los cinco inventos del siglo XX junto con el automóvil, la lamparita, el teléfono y el televisor; o que viajó en el botiquín de la Apolo 11 a la luna; y que se ingieren unas 2000 unidades por segundo en todo el mundo. A su vez, se publicaron revisiones exhaustivas y comentarios sobre el contexto académico, el de la industria química y el marco geopolítico en el que surgió y se hizo conocida mundialmente (se citan sólo algunas referencias, 1-4).
La aspirina, como muchos fármacos, lleva indicios de su historia en el nombre, pero además, en los más de 100 años de investigación sobre el compuesto y sobre su sitio o blanco de acción se reflejan los diversos abordajes que pueden emplearse para el desarrollo de nuevos fármacos. En este artículo hemos querido poner el foco sólo en algunos puntos salientes de su historia, particularmente aquellos que ilustran la diversidad de estrategias que pueden llevar al desarrollo de un nuevo fármaco.
Dime tu nombre…
Aspirina es un nombre propio y también el nombre genérico del ácido acetilsalicílico, sintetizado a partir de ácido salicílico en 1897 mediante un procedimiento que, por primera vez, permitía generar a mayor escala un producto más estable y puro que los métodos precedentes.
El nombre Aspirina y el de su homónimo químico, el ácido acetilsalicílico, llevan las huellas de su origen: Ya en la medicina china y en Egipto se difundieron los efectos antipiréticos y analgésicos de la corteza del sauce blanco, una salicilácea llamada Salix alba. Más tarde, Hipócrates y luego Galeno –siglos V aC y II dC- documentaron la prescripción de mascar la corteza del sauce o sus hojas como analgésico. Recién en el siglo XVIII se retoma su investigación tras el éxito de la administración de un extracto seco de corteza de sauce a 50 pacientes con dolores reumáticos, estudio que se presentó a la Royal Society of Medicine de Londres, un hito en el camino de los ensayos clínicos de lo que luego sería la aspirina. En 1828 se aísla el principio activo del extracto de Salix alba, un glucósido del ácido o-hidroxibencílico y se lo denomina Salicina que es un precursor del ácido salicílico. Entre 1828 y 1835 se mejora el método de aislamiento de salicina de la corteza de sauce y se oxida la salicina para dar ácido salicílico; por otro lado, se logra aislar el aldehído salicílico por destilación a partir de las flores de una hierba, la Spirea ulmaria, observando la asociación entre sus características y sus efectos con los que se habían demostrado para el extracto de sauce.
La síntesis del ácido salicílico en el laboratorio hizo más accesible al precursor de la aspirina y coincidió con el auge de la síntesis química en Europa, sin embargo, aunque estaba bien probada su eficacia analgésica, el problema que suscitaba la administración del ácido salicílico a pacientes, además de su gusto amargo, era la erosión del epitelio gastrointestinal con lesiones que restringían su uso. En 1897 se encomienda a Félix Hoffman un químico del laboratorio Bayer retomar los ensayos previos de von Gherhardt para la síntesis de un derivado acetilado del ácido salicílico y, en un manuscrito fechado en octubre de 1897, queda documentada la síntesis del ácido acetilsalicílico con la firma de Hoffman (un facsímil de este manuscrito y la historia de la aspirina contada con gran detalle se encuentran en la referencia (1) publicada en castellano).
Entre 1898 y 1899 se realizaron estudios en animales de experimentación para demostrar sus propiedades farmacológicas y luego ensayos clínicos en los que se demostró que este derivado acetilado era igualmente efectivo para tratar el dolor y la fiebre que su precursor, el ácido salicílico, pero mejor tolerado por los pacientes. Una vez probada su eficacia clínica, Bayer solicita la patente del procedimiento de síntesis de la aspirina –ya que el compuesto sintetizado no era un compuesto nuevo- y en 1899 bautiza a la recién llegada con el nombre aspirina, según cuenta la historia a por acetil y spirin por spirea, una de las primeras fuentes de su precursor salicílico y el sufijo in usado en otras drogas de la época.
Si bien todos la conocemos por el que fue su primer nombre comercial, Aspirina es sólo uno de los muchos nombres comerciales que se le han dado a lo largo de su historia –y sin contar las asociaciones fijas de aspirina con otros fármacos. Efectivamente, al seleccionar aspirina en una de las bases de datos sobre fármacos como por ejemplo DrugBank, (http://www.drugbank.ca/drugs/DB00945) se refieren 95 nombres comerciales distintos.
La Química tiene un papel central en el desarrollo de fármacos
La investigación de nuevos fármacos como actividad multidisciplinaria con base industrial comenzó en el siglo XIX, en el momento en que la Química, por haber alcanzado un alto grado de desarrollo, ofrecía sus métodos y sus principios para ser aplicados en la resolución de otros problemas por fuera de sus incumbencias propias… y sí, tiene casi la misma edad de la aspirina. El avance en la química aplicada al desarrollo de fármacos ocurrió simultáneamente con la aceptación de la Farmacología como una disciplina científica bien definida. Como describe el farmacólogo Jürgen Drews en una de sus habituales y amenas revisiones (5), por 1870 la hipótesis atómica de Avogadro se había confirmado, se habían establecido los elementos de la tabla periódica y ordenado de acuerdo a su masa atómica y valencia; había una teoría ácido-base y Kekulé recién formulaba su teoría de la estructura de las moléculas orgánicas aromáticas. El avance en la teoría del benceno se integraba con la investigación de los derivados del carbón y lo mismo ocurría con el desarrollo de tinturas que fue decisivo en Medicina. Ciertamente, la tinción diferencial de material vivo por distintas sustancias o tintas dio lugar a la proposición de Paul Ehrlich sobre la existencia de quimio-receptores diferentes en bacterias o parásitos de los presentes en tejidos humanos, y que estas diferencias podrían ser usadas terapéuticamente. Al mismo tiempo, el avance en la química analítica daba la posibilidad de aislar componentes activos de plantas medicinales, con ejemplos tan reconocidos como fundantes de la Farmacología: en 1815 Sertüner aislaba la morfina del extracto del opio y en 1848 la papaverina –aunque su efecto antiespasmódico no se descubrió hasta 1917.
El desarrollo de la aspirina se entrama en la estrategia de desarrollo de fármacos más característica de la época, esto es: la demostración del efecto terapéutico de un extracto vegetal, el aislamiento de un principio activo y, en muchos casos, la identificación de una molécula precursora con ese mismo efecto, que luego es sintetizada y modificada para mejorar su relación eficacia/inocuidad, relación demostrada por ensayos en animales de experimentación y luego en ensayos clínicos. La estrategia de búsqueda de compuestos candidatos en fuentes naturales para usarlos o modificarlos químicamente se sigue usando en la actualidad, mediante el relevamiento por la industria química de miles de compuestos provenientes de distintas fuentes como plantas, microorganismos u organismos marinos.
Es interesante notar que –al igual que para muchas drogas descubiertas con esta estrategia- desde las etapas iniciales del desarrollo de la aspirina hasta su patente se llegó a conocer el principio activo y algunos de sus efectos (beneficiosos y adversos) pero se desconocía cómo inducía esos efectos en el organismo, lo que en farmacología se llama el sitio y el mecanismo de acción del fármaco. Para investigar y descubrir el sitio y el mecanismo de acción de la aspirina fueron necesarios más de 70 años desde su nacimiento y un gran desarrollo de la Química Biológica, la Biología Celular y Molecular, la Fisiología, entre otras disciplinas.
COX-1 y COX-2: un sitio blanco ahí… ¡O dos!
Las prostaglandinas son un grupo de mediadores lipídicos que se liberan de las células en forma muy rápida cuando éstas sufren alguna injuria o daño, y son muy activos en el entorno de estas mismas células, causando a nivel local efectos característicos de la inflamación como la coloración rosada, el edema y el dolor inflamatorio. La síntesis de prostaglandinas por parte de las células depende de la actividad de una enzima, presente en todos los tejidos humanos, que se llama ciclo-oxigenasa y de ahí su sigla COX.
Figura 1: El ácido araquidónico es un ácido graso que esterifica la posición 2 de fosfolípidos de membrana de células humanas. Por acción de la enzima fosfolipasa A2 (PLA2) se hidroliza esta unión y el ácido liberado es rápidamente metabolizado por la enzima ciclo-oxigenasa con sus dos isoformas, la ciclo-oxigenasa 1 y la ciclo-oxigenasa 2, a un intermediario muy inestable para dar luego distintas prostaglandinas (PGD2, PGE2, PGF2, PGI2) y tromboxanos como el A2 (TXA2). Estos metabolitos tienen efectos sobre células vecinas y de otros tejidos por unión a receptores de membrana.
Varios grupos de investigación, entre ellos el grupo dirigido por John R. Vane en Inglaterra y el de Bengt Samuelsson en Suecia, estaban estudiando la síntesis de prostanoides en las células, y frente a qué estímulos aumentaba esa síntesis (6-8). En 1971 demuestran casi simultáneamente que la enzima COX es el sitio blanco (el target) de la acción de la aspirina, es decir, prueban que el efecto anti-inflamatorio y analgésico de la aspirina se debe a que la aspirina inhibe la actividad de la enzima COX y, por ende, la síntesis de mediadores de la inflamación. Los trabajos se publicaron entre 1965 y 1971, y en 1982 John Vane junto a otros dos investigadores Sune Bergstrom y Bengt Samuelsson obtuvieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento.
Unos años después se consiguió clonar otra isoforma de la enzima COX y se las identificó entonces como COX 1 y COX 2 señalando algunas características diferenciales. Por ejemplo, la COX 1 se expresa en forma constitutiva en todos los tejidos humanos, donde en muchos casos contribuye al mantenimiento de la homeostasis; mientras que la COX 2 se halla en forma constitutiva sólo en algunos órganos y tejidos como el riñón, el útero y el sistema nervioso. A diferencia de la COX 1, la COX 2 es frecuentemente inducible con niveles muy aumentados de expresión y de actividad enzimática por estímulos como por ejemplo… ¡sí!, los que generan una respuesta inflamatoria.
Algo de ‘serendipity’ (o serendipia) en el camino de la Baby aspirin
En su condición de panacea para el dolor, la fiebre y la inflamación, y con una bien ganada fama mundial (y espacial), la aspirina ya había logrado en la década del 80 su lugar en la historia como la droga patrón o droga prototípica de la familia de los anti-inflamatorios no esteroides (AINEs). Desde ese lugar de prototipo, la aspirina dio y sigue dando el marco para el estudio farmacológico de nuevos congéneres –ibuprofeno, diclofenac, entre otros miembros de la familia de los AINEs- con quienes comparte efectos beneficiosos y también algunos efectos adversos.
Sin embargo, estos efectos que la habían visto nacer no serían todo en su historia: en los años 80 su efecto anti-agregante plaquetario –ya descubierto 10 años antes- le dio un nuevo lugar en la terapéutica farmacológica como droga cardiovascular. Efectivamente, cuando todo parecía dicho sobre la aspirina, la blanca pastillita adoptó una nueva apariencia: Revestida en colores pastel y a veces perfumada; más liviana -80 mg en lugar de 325 o 500 mg-; con opción masticable y corazoncitos en la caja, la ‘baby aspirin’ empezó a acompañar la cotidianeidad de miles de personas como fármaco para la prevención del infarto de miocardio. Su eficacia en esta indicación se demostró en un ensayo clínico controlado publicado en 1988, y en 2003 el mismo autor confirmó con un meta-análisis de cinco ensayos un 32% de reducción en el riesgo de un primer infarto de miocardio (9).
La aplicación de su efecto anti-agregante plaquetario en el tratamiento de estos pacientes sin duda tiene algo de casualidad (serendipity), como se llama a esa característica de ‘casualidad/suerte’ que subyace a muchos descubrimientos y, en particular, al desarrollo de varios fármacos. Hay distintas formas de serendipia en el desarrollo de nuevos fármacos aunque todas comparten el hecho de que la evidencia del efecto farmacológico no descripto surge sin haberlo planeado, es decir, sin que haya habido detrás un desarrollo racional o la prueba de una hipótesis. Louis Pasteur señaló que el rasgo de serendipia en la investigación científica sólo lo aprovechan las mentes preparadas, aquellos que saben observar e interpretar ese hecho no previsto o no buscado. Y bienvenidas esas mentes, ya que el hallazgo azaroso está en la marca de origen de una larga lista de fármacos entre los que se cuentan el antibiótico penicilina, el inmunosupresor ciclosporina, el sildenafil (la famosa píldora azul) y varias drogas psicotrópicas.
Ni búsqueda de precursor ni serendipia: Diseño racional en el desarrollo de Coxibs
La aspirina actúa inhibiendo las dos isoformas de la enzima COX indistintamente, de modo que puede inhibir respuestas mediadas por COX-1 como por COX-2. El conocimiento de que la enzima COX-1 mantiene funciones normales del organismo, entre ellas las de mantener el revestimiento y la alcalinidad adecuados para proteger el epitelio gástrico, explicó en parte el efecto adverso gastrointestinal de la aspirina. Este hecho junto a la evidencia que la COX-2 está especialmente involucrada cuando hay un proceso inflamatorio, planteó entonces un nuevo desafío farmacológico: Se podía predecir que la droga anti-inflamatoria ideal sería aquella que inhibiera a la COX-2 pero no a la COX-1. Y a buscar esa droga se lanzaron varios laboratorios de la industria farmacéutica. La estrategia fue aprovechar las diferencias estructurales en el sitio activo de las isoformas COX-1 y COX-2, con mayor espacio para el acceso del fármaco en la segunda. Así, se diseñaron moléculas de mayor tamaño que accedieran sólo al sitio activo de la COX-2 pero no pudieran unirse al de la COX-1. En 1999 se aprobaron las primeras drogas que inhiben a la COX-2 pero, a diferencia de la aspirina que inhibe a las dos isoformas por igual, estas nuevas drogas llamadas también coxibs, lo hacen en forma selectiva, sólo inhibiendo a la isoforma COX-2. Este avance fue muy celebrado por su potencialidad para el tratamiento prolongado de pacientes con enfermedades inflamatorias crónicas, dada la menor incidencia de efectos adversos gastrointestinales. Un capítulo aparte merece la historia de los coxibs en cuanto a su proclamada ‘inocuidad’, ya que efectivamente tienen menos efectos adversos gastrointestinales, pero mayor incidencia de efectos adversos cardiovasculares (que hicieron que la mayoría de ellos fuera retirada del mercado a partir de 2004).
Comentarios finales
El descubrimiento de la aspirina como droga anti-inflamatoria, analgésica y antifebril (el mecanismo de acción de su efecto anti-agregante que la devolvió al podio de las drogas más estudiadas merece otro capítulo aparte), como así también la identificación de su sitio blanco implicaron muchos años de investigación y el aprovechamiento de herramientas y conocimiento proveniente de distintas disciplinas científicas. Mientras que los efectos de la aspirina y ella misma se desarrollaron o conocieron antes de saber cuál era su mecanismo de acción; el desarrollo de drogas selectivas para tratar la inflamación se llevó a cabo conociendo la estructura y el sitio activo de la enzima COX2, es decir conociendo con mucho detalle al blanco para luego desarrollar la droga.
Ambas estrategias se usan en la actualidad, se analizan permanentemente extractos de plantas u otras fuentes para encontrar nuevas drogas o precursores. Y también, a partir del secuenciamiento del genoma humano, se puede conocer en detalle la estructura química de proteínas que podrían ser el blanco de la acción de nuevas drogas o de drogas ya conocidas. El conocimiento y las herramientas necesarias para este tipo de abordaje provienen de la química, la biología y otras disciplinas como se mencionó antes; y aprovecha el aporte de la química combinatoria que permite sintetizar miles de compuestos a partir de un precursor y del análisis estructural de la unión de la droga al sitio aceptor en la proteína, con el que puede hacerse un ‘modelado in silico’. Una nueva disciplina llamada Bioinformática Estructural aporta en forma novedosa en este aspecto a la Farmacología , ya que permite analizar y diseñar moléculas complementarias de determinadas estructuras previamente modeladas en la computadora. Una descripción detallada de esta estrategia se encuentra en el número 8(1) de QuímicaViva (10).
Una vez que se demuestra exhaustivamente por pruebas in vitro que una droga puede ser efectiva para el tratamiento de una enfermedad, la legislación y las normas vigentes resguardan la realización de ensayos en animales de experimentación para demostrar su eficacia e inocuidad. Luego, si se demuestran los requisitos de eficacia e inocuidad, las autoridades sanitarias competentes resguardan y supervisan la realización de ensayos clínicos controlados para la aprobación final de los nuevos medicamentos.
Finalmente, más allá de las estrategias de diseño, del tiempo y la inversión económica aplicados a la investigación y desarrollo de nuevos fármacos, historias exitosas como la de la aspirina no son las más comunes: Hay innumerables drogas que, aún con excelentes estrategias de diseño, no cumplen las expectativas de su desarrollo; que quedan a mitad de camino en el desarrollo; o que una vez aprobadas y en la etapa de comercialización deben ser retiradas del mercado por razones de eficacia o seguridad.
Claudia Pérez Leirós
Profesora de Farmacología de la UBA
Investigadora del CONICET
Referencias
1. Villaescusa Castillo L. Historia de la aspirina. Actualidad en Farmacología y Terapéutica 4(3): 176-181, 2006
2. Vane JR., Botting RM. The mechanism of action of aspirin. Thrombosis Research 110 255–258, 2003.
3. Goodman & Gilman. Bases farmacológicas de la terapéutica. V Edición. Mc Graw Hill, 2000.
4. Sneader W. The discovery of aspirin: a reappraisal. Br Med J 321: 1591-1594, 2000; y se publicaron varias respuestas a su comentario: Rapid Responses published: Assumptions instead of Facts Hartmut Alsfasser (30 January 2001) Walter Sneader (1 February 2001) Aspirin history: Is there a need for a reappraisal ? Axel Helmstaedter (9 March 2001) Re: Aspirin history: Is there a need for a reappraisal ? Walter Sneader (16 March 2001))
5. Drews J. Drug Discovery: A Historical Perspective. Science 287: 1960-1964, 2000.
6. Vane JR. Inhibition of prostaglandin synthesis as a mechanism of action for Aspirin-like drugs. Nat New Biol 231:232–235, 1971.
7. Smith JB, Willis AL. Aspirin selectively inhibits prostaglandin production in human platelets. Nature 231:235–237, 1971.
8. Anggard E, Samuelsson B. Biosynthesis of prostaglandins from arachidonic acid in guinea-pig lung. J Biol Chem 240: 3518– 3521, 1965.
9. Eidelman RS, Hebert PR, Weisman SM, Hennekens CH. An update on aspirin in the primary prevention of cardiovascular disease. Arch Intern Med. 163(17): 2006-2010, 2003.
10. Martí MA, Turjanski AA. La bioinformática estructural o la realidad virtual de los medicamentos. QuímicaViva 8(1), Abril 2009. http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/v8n1/marti.html
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Revista QuímicaViva Número 2, año 9, Agosto 2010 quimicaviva@qb.fcen.uba.ar |
