“Secondo la definizione IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), La chimica farmaceutica, è una disciplina chimica che coinvolge aspetti di scienze biologiche, mediche e farmaceutiche. Riguarda l’invenzione, la scoperta, la progettazione, l’identificazione e la preparazione di composti biologicamente attivi, lo studio del loro metabolismo, l’interpretazione dei loro meccanismi d’azione a livello molecolare e la costruzione del rapporto tra struttura e attività (S.A.R.), la relazione tra la struttura chimica e l’azione farmacologica per una serie di composti.” (da prefazione ” Foye’s: principi di chimica farmaceutica”) .

In considerazione di ciò, la prima parte del corso (parte generale) si propone di fornire agli studenti alcuni concetti teorici generali della chimica farmaceutica, necessari a comprendere l’azione dei farmaci, con accenni ai principali approcci di studio delle relazioni tra struttura chimica ed attività biologica.

A questo scopo, verranno illustrate le proprietà chimico-fisiche dei farmaci: comportamento acido-base, solubilità, lipofilia, effetti elettronici dei sostituenti, dimensione molecolare, reattività, stereochimica, interazioni farmaco-recettore. Saranno inoltre trattati: alcuni aspetti dei metodi impiegati nella ricerca e nello sviluppo  del farmaco (es:profarmaci, identificazione di composti guida attraverso screening, approcci razionali e serendipity; strategie di ottimizzazione dei composti guida per ottenere candidati allo sviluppo pre-clinico); meccanismi molecolari alla base dell’azione dei farmaci (attivazione/inibizione di recettori o enzimi); principi che influenzano il decorso farmacocinetico (assorbimento, distribuzione, metabolismo, eliminazione) e la tossicità .

La seconda parte del corso (sistematica), oltre ad illustrare i risultati raggiunti dalla ricerca farmaceutica, mira a dare una dimostrazione pratica dei concetti presentati nella parte generale. Tratterà le principali classi di farmaci attivi sul sistema nervoso centrale e periferico e sul sistema immunitario. Per ciascuna classe, partendo dalla scoperta delle sostanze guida, si esamineranno le relazioni tra struttura, proprietà chimico-fisiche, farmacodinamica (meccanismi molecolari alla base dell'azione biologica) e farmacocinetica.

English version

"As defined by IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), Medicinal Chemistry is a chemistry-based discipline, also involving aspects of biological, medical and pharmaceutical sciences. It is concerned with the invention, discovery, design, identification and preparation of biologically active compounds, the study of their metabolism, the interpretation of their mode of action at the molecular level and the construction of structure-activity relationships (S.A.R.), the relationships between chemical structure and pharmacological activity for a series of compounds." (from "Foye's Principles of Medicinal Chemistry", prefation)

Taking into account the definition reported above, the first part of the course (general part) will provide some theoretical concepts of medicinal chemistry, useful to uderstand drugs action, with some hints to the main approaches to the study of the relationships between chemical structure and biological activity.

To this end, the folloowing subjects will be discussed:
- physico-chemical properties of drugs (acid-base behavior, solubility, lipophilicity, electronic effect of substituents, molecular dimensions, reactivity, stereochemistry, drug-receptor interactions)
- some aspects of the methods used in the discovery and the development of new drugs (lead compound identification through random screening, rationale approaches, serendipity and optimization strategy, such as isosteric modification and prodrugs development)
- mechanisms and molecular targets (receptors, enzyme) responsible for the pharmacodynamic behaviour of a drug
- principles regulating the pharmacokinetics of a drug (absorption, distribution, metabolism, elimination)

The second part of the course (systematic part) represents a practical application of the general concepts presented in the first part and will describe the achievements of pharmaceutical research dealing with drugs acting on the central and peripheral nervous system and on the immune system. Starting from the discovery of the lead compound, the structure activity relationschips, the physico-chemical properties, the pharmacodynamic and the pharmacokinetic will be examined for each class of drugs

Aspetti storici e generali sulla scoperta dei farmaci e sullo sviluppo della chimica farmaceutica.

Caratteristiche chimico-fisiche generali dei farmaci: proprietà solventi dell'acqua, solubilità, coefficiente di ripartizione , proprietà acido-base, effetti elettronici del sostituente, dimensione molecolare, stereochimica ed azione dei farmaci.

Interazioni farmaco-recettore e forze coinvolte: forze di London o interazioni di Van der Waals, interazioni idrofobiche, legame a idrogeno, interazione a trasferimento di carica, coordinazione ione-metallo, interazione dipolo-dipolo, interazione ionica e ione-dipolo, interazione catione-∏, legame covalente.

Scoperta e modifica strutturale di nuovi candidati: ottimizzazione della struttura del prototipo (composto guida o lead), modifica dei gruppi funzionali, isosteria e bioisosteria, profarmaci.

Recettori ed azione dei farmaci: recettori canale ligando-dipendenti, recettori canale voltaggio-dipendenti, recettori accoppiati a proteine G, recettori nucleari (fattori di trascrizione), agonisti, antagonisti, agonisti inversi, affinità, potenza, efficacia, curve dose-risposta .

Inibitori enzimatici.

Formulazione e vie di somministrazione del farmaco

Farmacocinetica: tratto gastro intestinale, permeabilità capillare nei diversi distretti dell'organismo e barriera emato-encefalica, meccanismi e vie di assorbimento ed eliminazione, biodisponibilità, volume apparente di distribuzione dei farmaci, emivita e durata di azione, fattori chimico-fisici che influenzano la farmacocinetica.

Reazioni metaboliche di Fase I e Fase II (ossidazioni, riduzioni, idrolisi, coniugazioni) e tossicità dei farmaci.

Farmaci attivi sulla neurotrasmissione colinergica (agonisti e antagonisti muscarinici, inibitori dell'acetil colinesterasi, antagonisti nicotinici).

Anestetici locali.

Analgesici maggiori (oppioidi).

Analgesici minori: antipiretici e antiinfiammatori non stereoidei (paracetamolo, COX1/COX2 inibitori, antigottosi).

Corticosteroidi.

Antistaminici (anti H1) e antiallergici correlati.

Farmaci attivi sulla neurotrasmissione dopaminergica (antipsicotici e antiparkinson).

Farmaci attivi sulla neurotrasmissione serotoninergica e nor-adrenergica (antidepressivi).

Farmaci attivi sulla neurotrasmissione GABAergica (Anticonvulsivanti, Ansiolitici, Ipnotici, Sedativi, miorilassanti centrali).

English version

Historical overview and general aspects about drug discovery and medicinal chemistry development.

Physico-chemical properties of drugs: solvent properties of water, solubility, partition coefficient and lipophilicity/idrophilicity, acid-base properties, electronic effect of substituent, molecular hindrance, reactivity, stereochemistry and drugs action.

Forces involved in drug-receptor interactions: London dispersion force or Van der Waals interactions, hydrophobic interaction, hydrogen bond, charge transfer complex, dipoles, ionic interactions, covalent bonds.

Discovery and structural modification of new drug-candidate: lead compound and lead optimization through functional groups modification. Isosteres, biososteres and prodrugs.

Receptors and drugs action: ligand-gated ion channels, voltage-gated ion channels, G protein-coupled receptors, nuclear receptors (transcription factors), agonists, antagonits, inverse agonists, affinity, potency, efficacy and dose-response curves.

Enzyme inhibitors.

Pharmaceutical formulation and administration routes.

Pharmacokinetics: gastro-intestinal tract, capillary permeability and blood brain barrier, mechanism of drug absorption and elimination, bioavailability, (apparent) volume of distribution, half-life and duration of drug action, physico-chemical properties influencing pharmacokinet behaviour.

Phase I and phase II methabolic reactions (oxidations, reductions, hydrolysis, conjugations), drugs toxicity.

Drugs affecting cholinergic neurotransmission (muscarinic agonists, antimuscarinic agents, acethylcholinesterase inhibitors, nicotinic antagonists).

Local anesthetics.

Central analgesics (opioids).

Antipyretics and non steroidal anty-inflammatory drugs (paracetamol, COX1/COX2 inhibitors, antigout agents).

Corticosteroids.

Histamine antagonists and related antiallergic drugs.

Drugs affecting dopaminergic neurotransmission (antipsychotics and antiparkinsons).

Drugs affecting serotoninergic and adrenergic neurotransmission (antidepressant).

Drugs affecting GABAergic neurotransmission (sedatives-hypnotics, anxiolytics, antiseizures, central myorelaxants).

Obbligatorie: chimica organica. Consigliate: Biochimica e Fisiologia

Required: Organic Chemistry. Suggested: Biochemistry and Physiology.

Modalità didattiche

Lezioni frontali; eventuali seminari su temi di attualità.

Frontal Lessons; possible seminars about current issues.

Testi di studio

W.O Foye, T.L. Lemke, D.A. Williams: "Principi di Chimica Farmaeutica", Piccin.
G. Greco: "Farmacocinetica e farmacodinamica su basi chimico-fisiche" , Loghia.
G.L. Patrick: "Introduzione alla chimica farmaceutica" , EdiSES, Napoli.
C.G. Wermuth: "Le applicazioni della chimica farmaceutica", EdiSES, Napoli.
Laurence Brunton, Bruce A. Chabner, Björn C. Knollmann: "Goodman & Gilman: Le basi farmacologiche della terapia", Zanichelli
Bertram G. Katzung e P. Preziosi: "Farmacologia generale e clinica", Piccin.
Testi universitari di: Biologia Generale, Chimica Generale e Organica, Chimica Biologica, Fisiologia Generale, Farmacologia e Patologia Generale.

English textbooks

W.O Foye, T.L. Lemke, D.A. Williams: "Principles of Medicinal Chemistry", Lippincot W&W
G.L. Patrick: "An Introduction to Medicinal Chemistry", Oxford university press.
C.G. Wermuth: "The Practice of Medicinal Chemistry", Academic Press.
Laurence Brunton, Bruce A. Chabner, Björn C. Knollmann:"Goodman & Gilman: The Pharmacological Basis of Therapeutics", Lawrence Brunton.
Bertram G. Katzung e P. Preziosi: "Basic and Clinical Pharmacology", LANGE Basic Science.
University textbooks: General Biology, General and Organic Chemistry, Biological Chemistry, General Physiology, Pharmacology and General Pathology.

Modalità di
accertamento

Esame scritto e orale.

Written and oral examination.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.