Covid e nuovi farmaci: ottimismo su molnupiravir

Nel marzo 2020, quando la portata della pandemia COVID-19 stava diventando visibile, Jen Nwankwo e colleghi hanno trasformato un paio di strumenti di intelligenza artificiale (AI) contro SARS-CoV-2. Un programma di intelligenza artificiale di nuova concezione, chiamato SUEDE, esegue lo screening digitale di tutti i composti simili a farmaci noti per la probabile attività contro biomolecole che si ritiene siano coinvolte nella malattia. L'altro, BAGEL, predice come costruire inibitori per obiettivi noti. I due programmi hanno cercato composti in grado di bloccare gli enzimi umani che svolgono un ruolo essenziale nel consentire al virus di infettare le nostre cellule.

Mentre SUEDE ha setacciato 14 miliardi di composti in poche ore e ha sputato un successo, BAGEL ha svolto un lavoro altrettanto veloce di progettazione di un piombo.

 Nwankwo, CEO di una startup biotecnologica del Massachusetts chiamata 1910 Genetics, ha chiesto a un partner di un'azienda chimica di sintetizzare i composti. Circa una settimana dopo, il suo team ha ricevuto gli ordini, ha aggiunto a turno ogni composto alle cellule umane e ha appreso che ognuno bloccava il suo bersaglio e impediva l'ingresso virale nelle cellule. 1910 Genetics sta ora cercando di collaborare con sviluppatori di farmaci antivirali per perseguire studi su animali e umani. "Mostra che l'intelligenza artificiale può accelerare enormemente la progettazione dei farmaci", afferma Nwankwo.

Progettare e sviluppare un medicinale è quasi sempre dolorosamente lento, richiede regolarmente almeno un decennio. Molti passaggi, come gli studi sugli animali, la modifica delle molecole per evitare effetti collaterali e le sperimentazioni cliniche, non possono essere accelerati. Ma la corsa verso nuovi trattamenti contro COVID-19 è iniziata in modo vertiginoso mentre i ricercatori accelerano altre parti della ricerca, distribuendo supercomputer, robot, sincrotroni e ogni altro strumento che hanno per trovare e testare in laboratorio possibili farmaci a velocità. Secondo un rilevatore di farmaci dell'industria biotecnologica, circa 239 molecole antivirali contro COVID-19 sono in fase di sviluppo, mirando a più parti del ciclo di vita virale.

Gli antivirali si sono dimostrati fondamentali nella lotta ad altre infezioni come l'HIV e l'epatite C. Tali farmaci saranno vitali anche nella lotta contro il coronavirus pandemico, nonostante il lancio in corso dei vaccini COVID-19. "Sappiamo che non tutti saranno in grado di prendere il vaccino o di rispondervi", afferma Mark Denison, virologo della Vanderbilt University. I vaccini possono anche perdere efficacia quando la protezione immunitaria diminuisce o emergono varianti virali. "Quindi, lo sviluppo continuo di antivirali è fondamentale", afferma Denison.

Ad oggi, la maggior parte di questa ricerca si è concentrata su composti "riproposti", antivirali originariamente sviluppati per combattere altre malattie. (Altri farmaci riutilizzati, come lo steroide desametasone, prendono di mira la reazione del corpo all'infezione piuttosto che il virus stesso.) "Il riproposizione di farmaci aveva senso come prima cosa da provare", dice Nwankwo. Molti antivirali riproposti hanno mostrato risultati promettenti contro SARS-CoV-2 in studi su cellule e animali e ora sono in sperimentazione clinica. Uno, remdesivir, ha già dimostrato di accelerare il recupero di alcuni giorni in persone molto malate. Ma molti altri antivirali riproposti non si sono dimostrati efficaci.

Di conseguenza, afferma Francis Collins, direttore del National Institutes of Health (NIH), "Abbiamo davvero, davvero bisogno di un mucchio di più [antivirali]". Sostenuti dai progressi quasi quotidiani nella comprensione della SARS-CoV-2, dalla lista in rapida crescita di nuovi composti che potrebbero bloccarla e dagli studi clinici in corso, alcuni dei quali in fase avanzata, Denison e altri sperano di fornire farmaci efficaci quest'anno. Dice Andrew Mesecar, biologo strutturale della Purdue University: "Sono fiducioso che avremo più trattamenti per il coronavirus".

CON IL PASSARE DEI VIRUS , SARS-CoV-2 è un colosso, con circa 30.000 lettere di RNA nel suo codice genetico. Quelle lettere codificano 29 proteine ​​virali che consentono al virus di infettare le cellule, riprodursi, fuggire e diffondersi. "Siamo fortunati che questo virus ci abbia fornito così tanti bersagli, così tante opportunità di intervento", afferma Sandra Weller, biologa molecolare presso UConn Health.

Le 29 proteine ​​si dividono in tre categorie principali: proteine ​​strutturali che compongono il rivestimento esterno; proteine ​​non strutturali (NSP), la maggior parte delle quali aiutano il virus a replicarsi; e proteine ​​accessorie, molte delle quali sembrano attenuare la risposta immunitaria dell'ospite. Finora i cacciatori di farmaci si sono concentrati principalmente sulle proteine ​​strutturali e di replicazione, concentrandosi su molecole simili a quelle che hanno dato i loro frutti nella lotta contro altri virus.

SARS-CoV-2 ha solo quattro proteine ​​strutturali. Le proteine ​​dell'involucro e della membrana costituiscono il guscio sferico del virus e la proteina nucleocapsidica protegge il suo genoma. La quarta proteina, spike, sporge dal guscio, creando la corona di spine che dà il nome al virus e gli consente di legarsi ai recettori dell'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2), il suo principale punto di ingresso nelle cellule.

Spike è l'obiettivo principale di molti vaccini e antivirali. Tuttavia, le piccole molecole, il fulcro tipico dei programmi di scoperta di farmaci, non funzioneranno perché non sono abbastanza voluminose da impedire che i picchi si leghino al recettore ACE2.

David Baker, un biologo computazionale dell'Università di Washington, Seattle, e colleghi si sono invece rivolti alle miniproteine, ciascuna con circa 60 aminoacidi, personalizzate per bloccare le interazioni proteina-proteina. Alla fine del 2020, il team di Baker ha descritto le  miniproteine ​​su misura per legarsi strettamente alla proteina spike del virus  e bloccarne l'attaccamento al recettore ACE2. Le minuscole proteine ​​hanno impedito al virus di infettare le cellule umane in una provetta e Baker afferma che le miniproteine ​​potrebbero creare farmaci ideali perché sono molto più stabili delle terapie proteiche convenzionali, come gli anticorpi, che devono essere refrigerati. Baker sta discutendo con le compagnie farmaceutiche per perseguire le sue piste.

Altri ricercatori hanno una strategia diversa per interferire con il legame virale. Stanno progettando somiglianze con ACE2 per fungere da esche, allontanando SARS-CoV-2 dalle cellule. I ricercatori della Neoleukin Therapeutics e dei loro partner, ad esempio, hanno riferito di aver  creato una miniproteina, CTC-445.2d, che imita l'ACE2, legandosi tenacemente al picco. Il composto proteggeva le cellule umane dall'infezione in vitro. Quando somministrato ai criceti in uno spray nasale, l'esca ha anche impedito loro di contrarre malattie gravi dopo aver ricevuto una dose normalmente letale del virus. Un'altra molecola "trappola recettore" , descritta nel novembre 2020 negli  Atti della National Academy of Sciences , ha anche deviato SARS-CoV-2, impedendogli di infettare le cellule nella provetta.

DOPO ESSERE ENTRATO IN UNA CELLULA , un virus trasforma il suo ospite in una fabbrica di virus. È qui che entrano in gioco gli NSP di SARS-CoV-2. Le proteine ​​virali sono prodotte dalle fabbriche di proteine ​​della cellula ospite, i ribosomi, che traducono l'RNA virale in due lunghe catene di "poliproteine". Le catene derivano due proteine ​​più piccole, NSP3 e NSP5, enzimi proteasi che tagliano le proteine ​​che poi sminuzzano il resto delle poliproteine ​​in proteine ​​funzionanti indipendenti.

"Queste sono funzioni assolutamente critiche che sono altamente conservate e dovrebbero essere molto, molto vulnerabili" agli antivirali, afferma Denison. I farmaci che bloccano le proteasi hanno combattuto con successo l'HIV e l'epatite C e sono stati tra gli antivirali candidati più popolari per SARS-CoV-2. Due inibitori della proteasi riproposti per il trattamento dell'HIV, lopinavir e ritonavir, hanno mostrato risultati promettenti in vitro contro SARS-CoV-2, ma nell'ottobre 2020, l'ampio studio clinico Recovery del Regno Unito ha riferito che non offrivano alcun beneficio.

I ricercatori del gigante farmaceutico Pfizer stanno cercando un inibitore che potrebbe funzionare meglio perché è progettato per colpire NSP5, una proteasi specifica per SARS-CoV-2 e i suoi parenti coronavirus. Gli scienziati Pfizer hanno sviluppato il farmaco nel 2003 per bloccare la molecola, nota anche come proteasi principale (Mpro), nella sindrome respiratoria acuta grave (SARS), il coronavirus mortale emerso l'anno precedente. Quel lavoro è stato messo da parte quando l'epidemia di SARS si è estinta. Ora, Pfizer ha ritirato il composto dallo scaffale e ha scoperto che impedisce alla SARS-CoV-2 di riprodursi all'interno delle cellule umane. I ricercatori Pfizer hanno modificato la struttura per creare una versione più solubile, nota come PF-07304814. Hanno dimostrato che riduceva drasticamente la carica virale nei topi; in altri animali, alte concentrazioni del farmaco potrebbero raggiungere i tessuti.

"È un vantaggio promettente", afferma Celia Schiffer, biologa molecolare della University of Massachusetts Medical School. Nel settembre 2020, Pfizer ha lanciato una piccola sperimentazione clinica per testare la sicurezza di PF-07304814, somministrato per via endovenosa. Ma Annaliesa Anderson, che guida il programma antivirale di Pfizer, dice che reclutare volontari è stato difficile. "I pazienti sono molto malati e potrebbe essere troppo tardi [per inibire la replicazione virale], o potrebbero non sentirsi così male", rendendo una terapia endovenosa meno attraente. Data la lentezza del reclutamento, si aspetta risultati verso la fine di quest'anno.

Altri ricercatori stanno lavorando anche sugli inibitori di Mpro. In  Nature Communications  nel settembre 2020, i ricercatori in Cina hanno riferito di due farmaci riproposti, boceprevir e GC376. Boceprevir è un farmaco per l'epatite C, mentre GC376 è stato progettato per colpire un coronavirus felino. Entrambi i composti hanno rallentato la replicazione di SARS-CoV-2 nelle cellule. Il 5 febbraio, i ricercatori statunitensi hanno riferito in un preprint di bioRxiv che la maggior parte dei topi trattati con GC376 dopo aver ricevuto una dose letale del virus pandemico è sopravvissuta. E nell'agosto 2020 in  Science Translational Medicine , i ricercatori statunitensi hanno descritto un analogo GC376 che ha notevolmente aumentato i tassi di sopravvivenza nei topi infettati dalla sindrome respiratoria del Medio Oriente e ha mostrato potenti effetti antivirali contro SARS-CoV-2 nelle cellule.

Altre molecole progettate specificamente per inibire l'Mpro di SARS-CoV-2 rimangono in una fase di test precedente. Nel novembre 2020, ad esempio, Charlotte Lanteri, un microbiologo ricercatore presso il Walter Reed Army Institute of Research, ha riferito di aver scoperto 807 inibitori di Mpro attraverso uno schermo AI di 41 milioni di composti. Il suo team ha identificato sette come particolarmente promettenti, ma trasformare uno o più di questi in farmaci rimane almeno un paio d'anni di distanza, dice Lanteri, che ha riferito i risultati a un vertice sui farmaci antivirali al NIH. Lei e colleghi stanno anche cercando farmaci antivirali efficaci contro tutti i coronavirus. "Vogliamo essere preparati il ​​più possibile per la prossima minaccia emergente", dice.

DOPO CHE LE  proteasi di SARS-COV-2 hanno liberato le proteine ​​del coronavirus dalle catene originali, 15 di esse si uniscono per formare il complesso di trascrizione di replicazione (RTC), che copia il genoma dell'RNA del virus per creare nuovi virus. Al centro di questo meccanismo ci sono NSP9, che si blocca sul filamento di RNA del virus, e la RNA polimerasi RNA-dipendente (RdRp) che copia l'RNA.

Il ruolo critico di RTC lo ha reso, e RdRp in particolare, il trattamento più popolare di tutti. È dove remdesivir fa il suo lavoro. Il farmaco è un analogo nucleosidico, una sorta di blocco costitutivo dell'RNA imitazione che assomiglia all'adenosina (A), una delle quattro lettere che compongono l'RNA. L'impostore inganna il RdRp inserendo molecole di remdesivir invece di A nei filamenti di RNA in crescita, bloccando RdRp e fermando la replicazione virale.

I ricercatori sperano che altri nucleosidi e analoghi nucleotidici riproposti saranno più bravi a ingannare la RdRp del coronavirus. (I nucleotidi sono nucleosidi con uno o più gruppi fosfato aggiunti.) I candidati includono favipiravir e triazavirina, entrambi originariamente progettati per combattere i virus influenzali; ribavirina, un trattamento per il virus respiratorio sinciziale e l'epatite C; e galidesivir, che può bloccare la replicazione dei virus Ebola, Zika e febbre gialla.

I ricercatori sono cautamente ottimisti riguardo al molnupiravir, un analogo nucleosidico che può essere assunto come pillola ed è stato originariamente sviluppato per combattere l'influenza. I primi lavori hanno mostrato che molnupiravir si inserisce nell'RNA al posto della citidina nucleosidica, provocando errori nel processo di copia e causando un accumulo letale di mutazioni nel virus. Questo meccanismo ha sollevato la preoccupazione che il farmaco possa causare mutazioni simili nelle cellule ospiti. Ma Richard Plemper, biologo cellulare presso la Georgia State University, afferma che tali problemi non sono stati riscontrati negli studi sugli animali.

Nell'aprile 2020 in  Science Translational Medicine , Denison e colleghi hanno riferito che nei topi, molnupiravir ha ridotto drasticamente la replicazione di più coronavirus, incluso SARS-CoV-2; il farmaco ha anche ridotto la replicazione di SARS-CoV-2 nelle cellule epiteliali delle vie aeree umane. Un  documento di Nature ha  aggiunto ai dati incoraggianti a febbraio, mostrando che il composto ha ridotto la replicazione virale di 100.000 volte nei topi progettati per avere tessuto polmonare umano.

Nel dicembre 2020, Plemper e colleghi hanno riferito su  Nature Microbiology  che molnupiravir potrebbe fare di più che prevenire i sintomi . I ricercatori hanno somministrato il farmaco ai furetti, che hanno diffuso prontamente il coronavirus, e la trasmissione è scesa a zero entro 24 ore. "Questa è la prima dimostrazione di un farmaco disponibile per via orale per bloccare rapidamente la trasmissione di SARS-CoV-2", dice Plemper. È fondamentale per rallentare la diffusione della malattia. Poiché si tratta di una pillola, molnupiravir può essere somministrato all'inizio del ciclo della malattia, proprio quando la replicazione di SARS-CoV-2 raggiunge tipicamente il picco, a differenza dei farmaci iniettabili come il remdesivir. "Vogliamo iniziare il trattamento presto e impedire alle persone di presentarsi in ospedale", dice Plemper.

Lo stesso mese, un preprint di medRxiv ha riferito che un piccolo studio sulla sicurezza ha mostrato che il farmaco era ben tollerato , senza effetti collaterali gravi in ​​volontari sani. Molnupiravir è attualmente in sperimentazione clinica di fase 2/3 condotta da Merck e Ridgeback Biotherapeutics; a marzo, gli scienziati hanno riferito in una riunione che molnupiravir ha ridotto i livelli virali dei pazienti.

Anche AT-527, un altro analogo nucleosidico orale sviluppato per il trattamento dell'epatite C da Atea Pharmaceuticals e Roche, è in uno studio clinico di fase 2 contro COVID-19.

Gli scienziati stanno cercando di arrestare anche altre proteine ​​RTC. In risultati recenti, due composti - zotatifina e plitidepsina - sembrano bloccare la replicazione virale interferendo con NSP9, l'enzima che cattura l'RNA. La plitidepsina è in uno studio di fase 2/3 della società farmaceutica spagnola PharmaMar. Almeno altri tre NSP sono considerati buoni bersagli, afferma Tomáš Cihlář, virologo di Gilead Sciences, produttore di remdesivir.

Alla fine, i farmaci potrebbero colpire l'RNA del coronavirus, non solo le sue proteine. In  Nature Biotechnology  a febbraio, Emmeline Blanchard, un ingegnere biomedico presso il Georgia Institute of Technology, e colleghi hanno riferito di aver creato una formulazione incapsulata in polimero di un enzima di editing genetico chiamato Cas13a che cerca e sminuzza frammenti di SARS-CoV-2 RNA . L'enzima Cas13a del team prende di mira le regioni altamente conservate di due geni virali che codificano l'enzima RdRp e la proteina nucleocapside. Quando i criceti infettati con SARS-CoV-2 hanno inalato una formulazione vaporizzata del farmaco, ha ridotto la replicazione virale ei sintomi della malattia.

E nel settembre 2020 in  ACS Central Science , Matthew Disney, un chimico dello Scripps Research Institute, e colleghi hanno riferito di aver scoperto un composto chiamato C5 che blocca un segmento di RNA corto a forma di forcina coinvolto nella replicazione di SARS-CoV-2. "Abbiamo altri segmenti del genoma virale che pensiamo di poter mirare anche noi", dice.

POICHÉ SARS-COV-2  si basa sulle proteine ​​di una cellula ospite per riprodursi, interrompere quelle proteine ​​potrebbe essere un'altra strada per i trattamenti, con il vantaggio che non prendere di mira direttamente il virus potrebbe ridurre le sue probabilità di diventare resistente ai farmaci. I loro obiettivi includono proteasi delle cellule ospiti TMPRSS2 e furin, che i farmaci candidati dal team di Nwankwo bloccano. Il mese scorso, NIH ha annunciato che stava lanciando una sperimentazione di fase 2/3 per camostat mesilato, un altro inibitore di TMPRSS2.

Un altro obiettivo è una proteina chiamata diidroorotato deidrogenasi (DHODH). È il fulcro di un percorso che le cellule utilizzano per creare due delle quattro basi dell'RNA quando hanno bisogno di RNA extra, ad esempio durante la proliferazione. I virus dirottano quel percorso per replicarsi. Negli studi sulle cellule, il blocco del DHODH ha fermato il cancro e le malattie virali, come l'influenza e il citomegalovirus. E i bloccanti DHODH si sono finora dimostrati sicuri quando testati su centinaia di pazienti.

Due società biotecnologiche, PTC Therapeutics e Immunic Therapeutics, stanno tentando la stessa strategia contro SARS-CoV-2. I virus che si riproducono rapidamente "hanno un grande bisogno di RNA", afferma Marla Weetall, vicepresidente della farmacologia di PTC Therapeutics. Il composto dell'azienda, PTC299, è stato originariamente progettato come farmaco orale per arrestare la proliferazione cellulare nella leucemia mieloide acuta. In un preprint dell'agosto 2020 su bioRxiv, Weetall e colleghi hanno riferito che PTC299 ha fortemente inibito la replicazione di SARS-CoV-2 nelle cellule. Il composto ha anche bloccato la produzione di molecole immunitarie che le cellule costruiscono utilizzando basi di RNA, suggerendo che PTC299 potrebbe aiutare a domare la reazione eccessiva immunitaria osservata nel COVID-19 grave.

Daniel Vitt, CEO di Immunic Therapeutics, afferma che la sua azienda ha anche visto risultati promettenti negli studi sull'uomo del suo composto orale, IMU-838, sviluppato per il trattamento di malattie infiammatorie e autoimmuni. A febbraio, la società ha riportato risultati preliminari che suggerivano che i pazienti ospedalizzati che assumevano il farmaco avevano meno bisogno di ventilatori. Le prove continuano per entrambe le società.

IN DEFINITIVA , è probabile che nessun composto fornisca un pugno ad eliminazione diretta al coronavirus pandemico, in parte perché è probabile che emergano virus resistenti ai farmaci. Collins e altri sostengono che la strategia migliore prende una pagina dal trattamento per l'HIV e l'epatite C: mescolare e abbinare antivirali mirati a diverse proteine, rendendo più difficile per il virus evolvere più soluzioni contemporaneamente. "Abbiamo davvero bisogno di un arsenale", afferma Lillian Chiang, CEO di Evrys Bio, che sta lavorando sugli antivirali contro le proteine ​​delle cellule ospiti.

"Ci vorrà tempo", afferma Michael Sofia, direttore scientifico di Arbutus Biopharma, una società canadese di antivirali. E i soldi. Secondo stime recenti, portare un nuovo farmaco sul mercato costa tra 985 milioni di dollari e 2,8 miliardi di dollari. Anderson dice che Pfizer, per esempio, sta impegnando le risorse dell'azienda per sconfiggere la pandemia senza aspettarsi un profitto. Altre società dicono lo stesso. Ma durante i periodi precedenti di focolai di malattie infettive, molte aziende farmaceutiche hanno abbandonato il lavoro sugli antivirali. "Non appena questo smetterà di essere una zona calda, le persone andranno avanti", dice Nwankwo.

In un altro disincentivo, i trattamenti antivirali per SARS-CoV-2 potrebbero essere somministrati solo per una settimana o due, dando ai produttori di farmaci una finestra ristretta per raccogliere i rendimenti. Di conseguenza, Denison e altri sostengono che è necessario un maggiore sostegno del governo per continuare a rifornire l'arsenale antivirale. Ogni pausa nella battaglia contro SARS-CoV-2 e i suoi parenti sarà probabilmente temporanea, dicono.

fonte: Science