Farmaci oncologici: scoperta e sviluppo preclinico, la nuova frontiera delle colle molecolari

La scoperta e lo sviluppo preclinico degli antitumorali rappresentano le fasi iniziali più rilevanti nel processo di identificazione, ricerca e sviluppo di nuovi farmaci sicuri ed efficaci per un uso clinico in oncologia.

I paradigmi della metodologia e del “targeting” in farmacologia antitumorale sono notevolmente cambiati nel tempo. Negli anni pionieristici i primi antitumorali sistemici efficaci furono sviluppati per serendipità, osservando (per esempio) che l’esposizione al gas mostarda causava leucopenia negli esseri umani. Successivamente, i primi antitumorali di precisione (gli antimetaboliti classici) sono stati sviluppati sulla base della conoscenza della struttura e della composizione del Dna e agiscono per inibizione specifica degli enzimi che sintetizzano questo acido nucleico (sovraespressi nel cancro).

Sono stati poi oggetto di ricerca anche composti di origine naturale a potenziale attività antitumorale, utilizzando metodologie di screening su modelli tumorali rappresentati inizialmente da due linee cellulari di leucemia murina e successivamente da sessanta derivate da tumori umani.

Migliorare i modelli preclinici

Un cambiamento di paradigma in questo processo si è verificato con l’emergere del concetto di oncogene e con la ricerca e lo sviluppo clinico di farmaci mirati verso queste proteine (a partire dagli anni Duemila).

Il cancro veniva quindi visto come una malattia esclusivamente causata da oncogeni, i cui prodotti proteici erano suscettibili di “targeting” da parte di farmaci mirati. Il paradigma dei modelli tumorali sperimentali non si è tuttavia altrettanto rapidamente modificato. Linee cellulari tumorali umane a rapida crescita in coltura e in xenotrapianti sono state sostituite soltanto successivamente da tessuto tumorale umano innestato in topi immunodeprivati.

Sono stati ottenuti successi importanti ed è stata sviluppata una serie di farmaci ad azione mirata, tecnoinibitori efficaci di oncoproteine per alcuni sottogruppi di neoplasie ematologiche e solide. È però necessario un ulteriore miglioramento nei modelli tumorali preclinici da utilizzare nello screening di questo tipo di farmaci, considerando che il 95 per cento delle molecole testate negli studi non giunge ancora all’approvazione clinica.

Uno dei motivi principali di questa evenienza è l’inadeguatezza dei modelli tumorali preclinici ancora oggi utilizzati. Quelli classici, rappresentati da linee cellulari tumorali in vitro, sono geneticamente omogenei e non catturano la complessità e la reciprocità tra tumore e suo microambiente. Anche le linee cellulari tumorali umane trapiantate nei topi geneticamente ingegnerizzati mancano della necessaria eterogeneità.

Gli xenotrapianti derivanti da tumori umani appaiono più realistici sotto diversi importanti aspetti e possono essere studiati come innesti nel topo o come modelli 3D in vitro. Un tentativo di produrre modelli tumorali che catturino la cinetica di crescita nativa, la complessità, l’eterogeneità genetica e la reciprocità con il microambiente tumorale è stato effettuato ricorrendo alle “human tumor slices” o alla tecnologia “cancer on chip”. Lo “zebrafish” rappresenta inoltre una recente aggiunta ai modelli animali portatori di tumori umani per la scoperta di nuovi farmaci antitumorali.

Uno dei suoi principali vantaggi è la facilità di xenotrapianto (compreso quello derivante da paziente), poiché le larve sono prive di sistema immunitario adattativo, garantendo l’impossibilità di rigetto. Questo modello è sensibile ai farmaci e alle loro combinazioni nel “range” delle dosi fisiologicamente rilevanti e l’attività farmacologica può essere studiata a livello della singola cellula, nella complessità dell’intero organismo o dei tessuti per un intervallo di tempo prolungato.

Il contributo dell’intelligenza artificiale

Queste caratteristiche consentono dunque uno screening ad alta resa di nuovi potenziali farmaci antitumorali. Una seconda sfida per la progettazione di farmaci in grado di inibire la funzione di proteine bersaglio prestabilite è riconoscere i limiti insiti nell’approccio mirato esclusivamente al “targeting” delle mutazioni oncogeniche, evidenziati dal manifestarsi della resistenza intrinseca e acquisita.

Il numero di oncoproteine che guidano la cancerogenesi del cancro attualmente trattabile con farmaci è inoltre ancora limitato e si cercano con grande determinazione modalità per scoprire agenti in grado di inibirne selettivamente un maggior numero.

Le nuove tecnologie, comprese quelle chimiche e l’intelligenza artificiale, possono fornire risorse all’avanguardia per ampliare e accelerare la scoperta di farmaci antitumorali: attraverso la comprensione delle strutture atomiche di proteine bersaglio vecchie e nuove, la previsione delle strutture delle proteine irrisolte e la risoluzione delle strutture di complessi proteici.

Il ricorso alle tecnologie dell’intelligenza artificiale ha già ottenuto importanti risultati in vari processi propri della scoperta dei farmaci. I più recenti sviluppi di queste tecnologie (come il modello AlphaFold 3) promettono ulteriori miglioramenti nell’elaborazione e nella ricostruzione delle strutture di molecole cruciali in biomedicina, in termini di precisione e velocità di scoperta in campo biologico, fisiopatologico e farmacologico.

Degradare le proteine per sconfiggere i tumori

Nell’ambito dei bersagli farmacologici dei componenti cellulari del microambiente tumorale, il sistema vascolare tumorale rappresenta ancora un bersaglio rilevante delle strategie di inibizione farmacologica della crescita dei tumori. Un’ampia serie di inibitori dell’angiogenesi è oggi disponibile in clinica, i cui bersagli sono i recettori del fattore di crescita vascolare (Vegfr) e i loro ligandi (Vegf).

Questi farmaci sono oggi oggetto di intensa ricerca soprattutto se associati ad altri farmaci antitumorali sulla base di specifici razionali. Tra le osservazioni più recenti, la capacità di questi farmaci di aumentare l’infiltrazione tissutale da parte delle cellule T CD8+, la loro attivazione mediante la normalizzazione della vascolarizzazione del tumore e la soppressione dei checkpoint immunitari inibitori.

Tra le strategie emergenti e più promettenti per lo sviluppo di farmaci in area oncologica ed in altre aree terapeutiche, è da menzionare quella della degradazione proteica mirata (Tpd). Questa modalità sfrutta il naturale meccanismo di proteolisi intracellulare (il sistema ubiquitina-proteasoma), dirottandolo alla degradazione selettiva di proteine coinvolte nella patogenesi dei tumori.

A tal fine sono state ottenute nuove classi di molecole, tra le quali le chimere mirate alla proteolisi (Protac), composti etero-bifunzionali formati da due unità funzionali, delle quali una lega la proteina target e l’altra ne guida l’interazione con il sistema ubiquitina-proteasoma mediante il legame con l’ubiquitina ligasi E3. I degradatori proteici presentano numerosi potenziali vantaggi rispetto ai più tradizionali composti chimici a basso peso molecolare (inibitori di chinasi oncogeniche), i cui effetti dipendono dall’occupazione di un sito legante che inibisce direttamente la funzione proteica e che non sono attivi nei confronti di proteine prive di questa caratteristica molecolare.

L’azione farmacologica degli inibitori del Tpd sono invece guidati dagli eventi, consentendo il raggiungimento di concentrazioni sub-stechiometriche per l’espletamento della loro attività, la capacità di agire in modo iterativo e di colpire copie multiple della proteina bersaglio, il potenziale di interagire con proteine non enzimatiche considerate “undruggable”: come fattori di trascrizione, proteine “scaffold” e regolatorie.

Colle molecolari: la nuova frontiera della ricerca farmaceutica

In funzione dei progressi nel disegno dei degradatori proteici e del rigoroso processo della loro valutazione nei modelli preclinici, questi composti sono stati introdotti nella sperimentazione clinica nel 2019 e a oggi circa venti sono oggetto di studi clinici di fase 1, 2 o anche 3.

Il vepdegestrant, un degradatore del recettore degli estrogeni, ha infatti ottenuto (studio di fase 3) importanti risultati clinici consistenti nel prolungamento della sopravvivenza libera da malattia in pazienti con carcinoma mammario positivi al recettore degli estrogeni (Er) e Her2 negativi pretrattati rispetto alla terapia con fulvestrant, un antagonista di Er.

Tra le tecnologie innovative di Tpd, è emersa anche quella delle cosiddette “colle” molecolari monovalenti rappresentate da piccole molecole che agiscono legandosi a una ligasi E3 alterandone la preferenza di substrato nei confronti della proteina target (oppure legandosi a essa e convertendola in un neo-substrato per la ligasi E3).

Più recentemente sono state descritte “colle” intermolecolari bivalenti che consentono lo sviluppo di degradatori proteici potenti e selettivi, attivi nei sistemi sperimentali a concentrazioni picomolari e pertanto potenzialmente più efficaci di qualsiasi Protac.

Il nuovo meccanismo di “molecular glueing” rende possibile il legame a due siti della proteina bersaglio (anziché a uno solo), inducendo un riarrangiamento dell’intera proteina che ne facilita la complementarità superficiale con le ligasi E3 per una più efficiente ubiquitinazione e degradazione.

* Enrico Mini è professore emerito di oncologia medica e già ordinario di farmacologia dell’Università degli Studi di Firenze e coordinatore del gruppo di lavoro farmacologia oncologica della Società italiana di farmacologia (Sif)