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Design Design de de Medicamentos Medicamentos

U.S. DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES U.S. DEPARTMENT OF NationalAND Institutes of Health HEALTH HUMAN SERVICES National Institute of General Medical Sciences National Institutes of Health National Institute of General Medical Sciences

www.casadasciencias.org Julho de 2013

O que é o NIGMS? O National Institute of General Medical Sciences (NIGMS – Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais) apoia investigação básica sobre genes, proteínas e células. Também financia estudos sobre processos fundamentais, como a comunicação celular, o uso de energia pelo nosso corpo e a nossa resposta aos medicamentos. Os resultados desta investigação melhoram a nossa compreensão da vida e servem de base para avanços no diagnóstico, tratamento e prevenção de doenças. Os programas de formação em investigação do Instituto dão origem a novas gerações de cientistas e o NIGMS tem programas para aumentar a diversidade daqueles que trabalham em investigação biomédica e comportamental. O NIGMS apoiou a investigação da maioria dos cientistas que são mencionados nesta publicação.

Aviso Ao longo deste livro são mencionadas várias marcas para ilustrar conceitos sobre medicamentos que são familiares aos leitores. A menção a produtos específicos não constitui um apoio ao seu uso ou eficácia.

Design de Medicamentos

U.S. DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES National Institutes of Health National Institute of General Medical Sciences

Publicação dos NIH N.º 06-474 Reimpresso em julho de 2006 http://www.nigms.nih.gov

Traduzido e adaptado para a Casa das CiĂŞncias por Diana Barbosa em julho de 2013

Escrito por Alison Davis, Ph.D., de acordo com os contratos 263-MD-205019 e 263-MD-212730. Produzido pelo Office of Communications and Public Liaison National Institute of General Medical Sciences National Institutes of Health U.S. Department of Health and Human Services

Conteúdo PREFÁCIO: UMA VISITA AO MÉDICO

CAPÍTULO 1: O ABC DA FARMACOLOGIA

A vida de um medicamento

Temporização perfeita

Encaixar

Do laboratório para o hospital: Farmacologia clínica

Toca a bombear

CAPÍTULO 2: CORPO, CURA-TE A TI MESMO

A máquina do corpo

O rio da vida

Sem dor, é melhor

O nosso exército imunitário

Uma visão mais de perto

CAPÍTULO 3: MEDICAMENTOS DA NATUREZA: PASSADO E PRESENTE

A farmácia da Natureza

Medicamentos dos oceanos

Moldar a Natureza

Isto é Química ou é Genética?

Teste…I, II, III

CAPÍTULO 4: DAS MOLÉCULAS AOS MEDICAMENTOS

Caça ao medicamento

Ciência do século XXI

Entrega rápida

Dilemas de transporte

Atua como uma membrana

O interruptor G

MEDICAMENTOS PARA O FUTURO

GLOSSÁRIO

Prefácio: Uma visita ao médico 17 de maio de 2050 — Acorda a sentir-

É isso mesmo, ao seu DNA. Os investigadores preveem que os medicamentos do futuro não só

-se muito mal e sabe que é melhor ir ao médico. No consultório, o médico examina-o, ouve quais são os seus

vão ter aspeto e funcionar de modo diferente dos que tomamos hoje, como vão ser adaptados aos nossos genes. Daqui a 10 – 20 anos, muitos cientistas esperam que a Genética – o estudo de como os genes influenciam as ações, aparência

sintomas e receita-lhe um medicamento.

e saúde – se tenha impregnado no tratamento médico. Hoje, os médicos geralmente prescre-

Mas, primeiro o médico dá uma olhadela ao seu DNA.

vem uma dose “média” de um medicamento, com base no nosso tamanho corporal e idade. Em contraste, os medicamentos do futuro poderão estar ajustados às necessidades químicas do nosso corpo, com a influência dos genes. O conhecimento do nosso perfil genético único poderá ajudar o nosso médico a prescrever o medicamento certo, na quantidade adequada para maximizar a sua eficácia e minimizar os efeitos secundários. Em conjunto com estas aproximações ditas farmacogenéticas, muitos outros tipos de investigação permitirão guiar a prescrição de medicamentos. A ciência da Farmacologia – a compreensão de como o nosso corpo reage aos medicamentos e como os medicamentos afetam o nosso corpo – é já uma parte vital da investigação do século XXI. O Capítulo 1, “O ABC da Farmacologia,” segue a viagem de um medicamento através do corpo e descreve as diferentes vias da investigação farmacológica atual.

Design de Medicamentos | Prefácio 3

Fique atento às mudanças na forma como

Engenharia e as Ciências Computacionais

tomamos medicamentos e como estes são

estão a direcionar-nos para novos modos de

descobertos e produzidos. No Capítulo 2,

fazer com que os medicamentos cheguem

“Corpo, cura-te a ti mesmo,” aprenda co-

onde são necessários no corpo. A investigação

mo os novos conhecimentos sobre a maqui-

de ponta na “entrega” de medicamentos,

naria molecular do corpo estão a levar a no-

discutida no Capítulo 4, “Das moléculas aos

vos medicamentos. À medida que os cientis-

medicamentos,” está a empurrar o progresso

tas compreendem o modo como as células

ao ajudar os medicamentos a alcançarem os

interagem no corpo, podem desenhar medi-

locais doentes e não atingirem as células

camentos que cubram falhas nas vias de co-

saudáveis.

municação celular ou que impeçam os cir-

Design de Medicamentos pretende explicar

cuitos de sinalização que ficam permanente-

como é que os cientistas descobrem os muitos

mente “ligados”, como no cancro.

modos de funcionamento dos medicamentos

Há cientistas a desenvolver métodos para

no corpo e como esta informação guia a pro-

que medicamentos e vacinas personalizados

cura pelos medicamentos do futuro. A Farma-

possam ser produzidos por animais e plan-

cologia é uma disciplina ampla que engloba

tas. Galinhas experimentais estão a por ovos

todos os aspetos do estudo dos medicamentos,

com medicamentos. Há investigadores a mo-

incluindo a sua descoberta e desenvolvimento

dificar plantas do tabaco para produzirem

e a testagem da sua ação no corpo. Muita da

novos tratamentos para o cancro. Os tópicos

mais promissora investigação farmacológica

do Capítulo 3, “Medicamentos da Nature-

dos Estados Unidos da América (EUA) é

za: Passado e presente,” vão pô-lo em dia

apoiada pelo National Institute of General

com o modo como os cientistas estão a estu-

Medical Sciences (NIGMS), parte dos

dar a Natureza, tratando-a como um baú de

National Institutes of Health (NIH), U.S.

tesouros de informações e recursos para o

Department of Health and Human Services. A

fabrico de medicamentos.

trabalhar no cruzamento da Química com a

Os avanços na compreensão das raízes da

Genética, Biologia Celular, Fisiologia e Enge-

doença estão a levar a novas formas de em-

nharia, os farmacologistas estão a combater a

balar os medicamentos do futuro. Em con-

doença no laboratório e nas camas de hospital.

junto com a Biologia e a Química, também a

CAPÍTULO 1

O ABC da Farmacologia Sabe porque é que algumas pessoas se queixam de

venda de medicamentos.

ardor no estômago depois de tomarem uma aspiri-

Durante milhares de anos, as pessoas têm

na? Ou porque é que um gole de sumo de toranja

procurado na Natureza químicos que tratem os

ao pequeno-almoço pode fazer subir os níveis de

seus sintomas. Os antigos curandeiros tinham

alguns medicamentos no sangue em certas pessoas ? poucos conhecimentos sobre como os vários A compreensão das bases da ciência farmacoló-

elixires funcionavam, mas hoje sabemos muito

gica vão ajudar a responder a estas e muitas outras

mais. Alguns farmacologistas estudam o modo

perguntas, sobre o nosso corpo e sobre os medica-

como o corpo funciona, enquanto outros estu-

mentos que tomamos.

dam as propriedades químicas dos medicamen-

Então, o que é a Farmacologia? Apesar da lon-

tos. Outros ainda, investigam os efeitos físicos e

ga e rica história e da importância que tem na saú-

comportamentais que os medicamentos têm no

de humana, poucas pessoas sabem muito sobre es-

corpo. Os farmacologistas estudam os medica-

ta ciência biomédica.

mentos usados no tratamento de doenças, bem

Esta publicação aborda, então, este campo da

como também as drogas. Como os medicamen-

ciência que estuda o modo como o corpo reage aos

tos funcionam de muitos modos distintos em

medicamentos e como os medicamentos afetam o

muitos órgãos diferentes do corpo, a investiga-

corpo. A Farmacologia é por vezes confundida

ção farmacológica toca quase todas as áreas da

com a Farmacêutica, uma disciplina diferente das

Biomedicina.

Ciências da Saúde, que lida com a preparação e

Muitos cientistas são atraídos para a Farma-

Uma estória sumarenta Sabia que, para algumas pessoas, um único copo de sumo de toranja pode alterar o nível de medicamentos usados no tratamento de alergias, doenças cardíacas e infeções? Há 15 anos, farmacologistas descobriram este “efeito sumo de toranja” por acaso, após darem sumo de toranja a voluntários para mascarar o sabor de um remédio. Quase uma década depois, os investigadores descobriram que o sumo de toranja afeta a medicação ao diminuir os níveis intestinais de uma enzima que metaboliza medicamentos, a CYP3A4. Mais recentemente, Paul B. Watkins, da University of North Carolina at Chapel Hill, descobriu que outros sumos, como o de laranja-amarga, mas não o de laranja vulgar, têm o mesmo

efeito no modo como o corpo lida com os medicamentos. Cada uma das 10 pessoas que se voluntariaram para o estudo de Watkins, ingeriram uma ® dose padrão de Plendil (felodipina – um medicamento usado no tratamento da tesão alta) diluída em sumo de toranja, sumo de laranja-amarga ou sumo de laranja vulgar. Os investigadores mediram os níveis de felodipina no sangue em vários momentos após a toma. A equipa observou que, tanto o sumo de toranja como o de laranja-amarga, aumentavam os níveis sanguíneos de felodipina, como se as pessoas tivessem ingerido uma dose maior. O sumo de laranja vulgar não tinha qualquer efeito. Watkins e os seus colegas encontraram um químico comum à toranja e laranjaamarga, a dihidroxibergamotina, possível culpado.

Design de Medicamentos | O ABC da Farmacologia 5

cologia pela sua aplicação direta à Medicina. Os farmacologistas estudam as ações dos medicamentos no trato intestinal, no cérebro, nos músculos e no fígado – só algumas das áreas mais comuns onde os medicamentos chegam enquanto estão no corpo. Claro que todos os nossos órgãos são constituídos por células e dentro de todas as células estão genes. Muitos farmacologistas estudam a interação dos medicamentos com componentes das células e com os genes que, por sua vez, influenciam o comportamento das células. Como a Farmacologia toca áreas muito diversas, os farmacologistas necessitam de uma formação ampla em Biologia, Química e áreas mais aplicadas da Medicina, como a Anatomia e Fisiologia.

A vida de um medicamento Como é que uma aspirina elimina uma dor de cabeça? O que é que acontece quando aplicamos cortisona numa alergia no braço? Como é que os medicamentos descongestionantes, como o Actifed®, secam as vias nasais quando temos uma constipação? Acontecem centenas de fenómenos durante o trajeto dos medicamentos até ao seu “local de trabalho” no corpo. Uma ação desencadeia outra e os medicamentos funcionam, quer mascarando um sintoma, como o nariz entupido, quer resolvendo um problema, como uma infeção bacteriana. Os cientistas têm nomes para as quarto fases

Um modelo para o êxito Transformar uma molécula num medicamento não é fácil nem barato. O Center for the Study of Drug Development da Tufts University, em Boston, calcula que são necessários mais de 600 milhões de euros e 12 anos para obter alguns medicamentos promissores a partir de mais de 5000 falhanços. Destes poucos candidatos, só um sobrevive aos rigorosos ensaios clínicos e chega às farmácias. É um enorme investimento para o que parece ser um pequeno ganho e, em parte, explica o alto custo de muitos medicamentos. Por vezes, há problemas que só surgem depois do medicamento chegar ao mercado e muitas pessoas o tomarem rotineiramente. Estes problemas vão desde efeitos secundários irritantes, como a boca seca ou as tonturas, até problemas sérios como hemorragias ou coágulos sanguíneos. O cenário poderia ser mais animador se os cientistas farmacêuticos conseguissem prever melhor o modo como os potenciais medicamentos vão atuar no corpo (uma ciência chamada Farmacodinâmica), bem como os potenciais efeitos secundários desses compostos.

Uma aproximação que pode ajudar é a modelação computacional das propriedades do composto. A modelação computacional pode ajudar os cientistas das companhias farmacêuticas e de biotecnologia a filtrar e abandonar, logo numa fase inicial, qualquer candidato a medicamento que tenha alta probabilidade de se comportar mal no corpo. Isto pode poupar quantidades significativas de tempo e dinheiro. Existe software que pode examinar a estrutura da molécula átomo por átomo e determinar a durabilidade provável do químico dentro dos vários “bairros químicos” do corpo. Será que a molécula se vai degradar facilmente? Como vai reagir o intestino delgado? Dissolve-se facilmente no ambiente aquoso dos fluidos humanos? Será que o medicamento vai poder atravessar a barreira hematoencefálica? As ferramentas computacionais não só aumentam a taxa de êxito da procura de candidatos a medicamentos, como também levam ao desenvolvimento de melhores medicamentos, com menos problemas de segurança.

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Inalado

Oral

Pulmão

Coração

Fígado

Rim Estômago

Intravenoso Intestinos

A vida de um medicamento no corpo. Os medicamentos que são tomados oralmente passam pelo fígado antes de serem absorvidos pela corrente sanguínea. Outras formas de administrar medicamentos evitam a passagem pelo fígado e entram diretamente na corrente sanguínea.

Design de Medicamentos | O ABC da Farmacologia 7

Intramuscular

Subcutâneo

Os medicamentos penetram nas diferentes camadas da pele por via intramuscular, subcutânea ou transdérmica.

Transdérmico

Pele

básicas da vida do medicamento no corpo: ab-

grande quantidade pode ser destruída pelas enzi-

sorção, distribuição, metabolismo e excreção

mas metabólicas durante o chamado “efeito de pri-

(por vezes abreviadas como ADME). O primei-

meira passagem”. Outras vias de administração

ro passo é a absorção. Os medicamentos podem

evitam esta passagem, entrando diretamente na

entrar no corpo por diversas vias e são absorvi-

corrente sanguínea ou via a pele ou pulmões.

dos quando passam do local de administração

Uma vez absorvido, o medicamento passa à fa-

para a circulação corporal. Algumas das vias

se de distribuição. Na maior parte das vezes, a cor-

mais comuns de administração de medicamen-

rente sanguínea transporta os medicamentos pelo

tos são a oral (engolir um comprimido), a intra-

corpo todo. Durante esta fase, podem ocorrer efei-

muscular (levar uma injeção), a subcutânea (in-

tos secundários, quando um medicamento tem um

jeção de insulina na pele), a intravenosa (rece-

efeito num órgão que não é o alvo. Para um anal-

ber quimioterapia pelas veias) ou a transdérmi-

gésico, o órgão alvo pode ser um músculo dorido

ca (usar um “selo”). Os maiores obstáculos que

na perna; a irritação do estômago pode ser um efei-

os medicamentos enfrentam surgem durante a

to secundário. Há muitos fatores que influenciam a

absorção. Os medicamentos ingeridos são enca-

distribuição, como a presença de moléculas protei-

minhados por um vaso sanguíneo especial, des-

cas e lipídicas no sangue que podem anular a ação

de o tubo digestivo até ao fígado, onde uma

da molécula do medicamento se se ligarem a ela.

National Institute of General Medical Sciences

Os medicamentos destinados ao sistema nervo-

metabolizado. A degradação da molécula geral-

so central (cérebro e medula espinal) enfrentam um

mente envolve dois passos, que têm lugar maio-

enorme obstáculo: a quase impenetrável barreira

ritariamente na fábrica de processamento quí-

hematoencefálica. Esta barricada é feita de uma in-

mico do corpo: o fígado. O fígado é um local de

trincada rede de capilares cimentados para proteger

atividade contínua e frenética, mas cuidadosa-

o cérebro de partículas potencialmente perigosas,

mente controlada. Tudo o que entra na corrente

como venenos ou vírus. No entanto, os farmacolo-

sanguínea – quer seja engolido, injetado, inala-

gistas encontraram várias formas de fazer com que

do, absorvido pela pele ou produzido pelo pró-

alguns medicamentos ultrapassem esta barreira.

prio corpo – é transportado para este enorme ór-

Após o medicamento ter sido distribuído pelo corpo e cumprido a sua função, é degradado, ou

gão interno. Aí, as substâncias são químicamente, torcidas, partidas, unidas e transformadas.

Os medicamentos e os nossos genes O modo como respondemos a um medicamento pode ser bem diferente do do nosso vizinho. Porquê? Apesar de podermos ter a mesma idade e tamanho, provavelmente comemos alimentos diferentes, fazemos mais ou menos exercício e temos diferentes historiais médicos. Mas são os nossos genes, que são diferentes dos de todas as outras pessoas, que realmente nos tornam únicos. Em parte, os nossos genes dão-nos coisas muito óbvias, como o nosso aspeto, maneirismos e outras características que fazem de nós quem nós somos. Os nossos genes também podem afetar o modo como respondemos aos medicamentos que tomamos. O nosso código genético dá instruções ao nosso corpo para produzir milhares de moléculas diferentes chamadas proteínas. Algumas proteínas determinam a cor do cabelo e algumas são enzimas que processam, ou metabolizam, alimentos ou medicamentos. Pequenas variações no código genético humano podem resultar em proteínas que funcionam melhor ou pior quando metabolizam muitos tipos de medicamentos e outras substâncias. Os cientistas usam o termo farmacogenética para descrever a investigação sobre a ligação entre os genes e a resposta aos medicamentos. Um dos grupos de proteínas importantes cujo código genético varia muito entre as pessoas são as

enzimas de “sulfação”, que realizam reações químicas no nosso corpo que fazem com que as moléculas sejam mais solúveis em água, para poderem ser facilmente excretadas na urina. As enzimas de sulfação metabolizam muitos medicamentos, mas também atuam em moléculas naturais do corpo, como o estrogénio. As diferenças no código genético para as enzimas de sulfação podem alterar significativamente os níveis no sangue das muitas substâncias diferentes que são metabolizadas por estas enzimas. As mesmas diferenças genéticas também podem aumentar o risco de algumas pessoas desenvolverem certos tipos de cancro cujo crescimento é alimentado por hormonas como o estrogénio. A farmacogeneticista Rebecca Blanchard, do Fox Chase Cancer Center, em Filadélfia, descobriu que pessoas de diferentes etnias têm “grafias” ligeiramente diferentes dos genes das enzimas de sulfação. Testes laboratoriais revelaram que as enzimas de sulfação produzidas a partir de genes com grafias diferentes metabolizam medicamentos e o estrogénio a diferente velocidade. Blanchard e os seus colegas planeiam trabalhar com cientistas que estejam a desenvolver novos medicamentos para que incluam testes farmacogenéticos na fase inicial de procura por novos remédios.

Design de Medicamentos | O ABC da Farmacologia 9

As biotransformações que têm lugar no fígado são realizadas pelas proteínas mais atarefadas do corpo, as enzimas. Todas as nossas células têm

atenção a uma outra dimensão: o tempo. A investigação em farmaco-

uma variedade de enzimas, parte de um reportó-

cinética usa ferramentas da Ma-

rio que centenas de milhar. Cada enzima está es-

temática. Embora existam mé-

pecializada numa função particular. Algumas de-

todos de imagiologia sofistica-

gradam moléculas, enquanto outras unem peque-

ados que podem ajudar a seguir

nas moléculas em longas cadeias. No caso dos

o percurso dos medicamentos

medicamentos, o primeiro passo é geralmente fa-

pelo corpo, geralmente os cien-

zer com que a substância seja mais fácil de elimi-

tistas não podem ver onde é que

nar na urina.

a substância está. Para compen-

Muitos dos produtos da degradação enzimáti-

sar, muitas vezes usam modelos

ca, chamados metabolitos, são químicamente me-

matemáticos e medições preci-

nos ativos que a molécula original. Por este moti-

sas dos fluidos corporais (como

vo, os cientistas referem-se ao fígado como um

o sangue e a urina) para deter-

órgão de desintoxicação. Contudo, ocasionalmen-

minarem para onde é que o medicamento vai e qual a

te os metabolitos dos medicamentos podem ter

quantidade restante de medicamento ou metabolitos depois

atividade química própria – por vezes tão podero-

de processados pelo corpo. Outras sentinelas, como os ní-

sa como a da substância original. Os médicos têm

veis sanguíneos de enzimas do fígado, podem ajudar a pre-

que ter em conta estes efeitos adicionais ao pres-

ver qual a taxa de medicamento que vai ser absorvida.

creverem certos medicamentos. Quando as enzi-

O estudo da farmacocinética também recorre à Quími-

mas do fígado acabam o “tratamento” ao medica-

ca, já que as interações entre medicamento e moléculas

mento, a substância, agora inativa, passa para a

corporais são, na verdade, uma série de reações químicas.

fase final no corpo, a excreção, quando sai atra-

A compreensão dos encontros químicos entre medicamen-

vés da urina ou fezes.

tos e ambientes biológicos, como o sangue e as superfícies

Temporização perfeita

lipídicas das células, é necessária para a previsão da taxa de medicamento que será absorvida pelo corpo. Este con-

A farmacocinética é um aspeto da Farmacologia

ceito, chamado biodisponibilidade, é uma característica

que lida com a absorção, distribuição e excreção

decisiva que os químicos e farmacêuticos têm em conta

dos medicamentos. Como seguem as ações dos

quando desenham medicamentos. Não importa quão bem

medicamentos no corpo, os investigadores que se

um medicamento funciona numa simulação laboratorial,

especializam nesta área também têm que prestar

ele não será útil se não chegar ao local de ação.

National Institute of General Medical Sciences

Encaixar

cos entre as células nervosas e musculares. As

Embora agora possa parecer óbvio, os cientistas nem

suas descobertas demonstraram que os quími-

sempre souberam que os medicamentos têm alvos

cos podem transportar mensagens entre as célu-

moleculares específicos no corpo. Em meados da dé-

las nervosas e outros tipos de células.

cada de 1880, o fisiologista francês Claude Bernard

Desde as experiências de Bernard com o cu-

fez uma descoberta crucial que levou à compreensão

rare, os investigadores têm descoberto muitos

deste princípio pelos investigadores. Ao descobrir

mensageiros do sistema nervoso, agora chama-

como é que o químico chamado curare funcionava,

dos neurotransmissores. Estes mensageiros quí-

Bernard apontou para o sistema nervoso como um

micos são apelidados de agonistas, um termo

novo alvo para a Farmacologia. O curare, um extrato

genérico que os farmacologistas usam para indi-

de plantas que paralisa os músculos, tinha sido usado

car que uma molécula desencadeia algum tipo

durante séculos pelos Índios da América do Sul para

de resposta quando encontra uma célula (como

envenenarem pontas de seta. Bernard descobriu que

a contração de um músculo ou a libertação de

o curare causa paralisia ao bloquear os sinais quími-

uma hormona).

Célula nervosa

Acetilcolina Curare

Recetor

Célula muscular

 As células nervosas usam . mensageiro químico chaum . mado acetilcolina (esferas . preenchidas) para “dizerem” . às células musculares para . contraírem. O curare (meios . círculos) paralisa os múscu. los ao bloquear a acetilcolina, não permitindo que esta se ligue aos seus recetores nas células musculares.

Design de Medicamentos | O ABC da Farmacologia 11

A dose certa Um dos princípios mais importantes da Farmacologia e de muita da investigação em geral, é o conceito de “dose-resposta”. Tal como o termo implica, esta noção refere-se à relação entre algum efeito (por exemplo, a diminuição da pressão arterial) e a quantidade de medicamento. Os cientistas dão muita importância aos dados de dose-resposta porque estas relações matemáticas significam que um medicamento está a funcionar de acordo com uma interação específica entre diferentes moléculas do corpo. Por vezes, são precisos anos para descobrir exatamente quais as moléculas que estão a interagir, mas quando se testa um potencial medicamento, os investigadores devem primeiro mostrar numa experiência que três coisas são verdadeiras. Primeiro, se o medicamento não está presente, não há efeito. No nosso exemplo, isso significa que a pressão arterial não se altera. Segundo, acrescentar mais medicamento (até um certo ponto), provoca um incremento no efeito (com mais medicamento, menor pressão arterial). Terceiro, a remoção do

medicamento, ou o mascarar da sua ação com uma molécula que o bloqueie, significa que não há efeito. Geralmente, os cientistas mostram estes dados num gráfico. Uma “curva de dose-resposta” típica demonstra os efeitos (eixo vertical) do que acontece quando se acrescenta mais medicamento à experiência (eixo horizontal).

Um dos primeiros neurotransmissores a ser

e este é o primeiro passo da comunicação entre o exterior e o

Efeito no Corpo Eixo dos Y

Resposta

Efeito Desejado

Efeito Secundário

As curvas de dose-resposta determinam a quantidade de medicamento (eixo dos X) que causa um determinado efeito, ou um efeito secundário, no corpo (eixo dos Y).

Dose 1

100

Quantidade de Medicamento Eixo dos X

identificado foi a acetilcolina, que provoca a

interior da célula, que contém todas as “minimáquinas” que

contração muscular. O curare atua “fazendo a

fazem com que a célula funcione. Os cientistas já identifica-

célula pensar” que ele é a acetilcolina. Ao encai-

ram centenas de recetores. Como os recetores têm um papel

xar (não tão bem, mas encaixando) nas moléculas

decisivo no controlo da atividade das células, são alvos co-

recetoras da célula muscular, o curare impede

muns para o desenho de novos medicamentos.

que a acetilcolina se ligue e “entregue” a sua

O curare é um exemplo de uma molécula antagonista. Os

mensagem. Se não há acetilcolina, não há con-

medicamentos que atuam como antagonistas competem com

tração e os músculos ficam paralizados.

os agonistas naturais pelos recetores, mas atuam apenas como

A maioria dos medicamentos exerce o seu

uma armadilha, congelando o recetor e impedindo o seu uso

efeito ao entrar em contacto com recetores na su-

pelo agonista. Muitas vezes, os investigadores querem blo-

perfície da célula. Pense numa interação agonis-

quear as respostas celulares, como o aumento da pressão arte-

ta-recetor como uma chave que encaixa numa fe-

rial ou o aumento dos batimentos cardíacos. Por esse motivo,

chadura. Ao inserir uma chave numa fechadura,

muitos medicamentos são antagonistas, desenhados para blo-

fazemos com que o fecho gire e a porta se abra.

quear respostas celulares hiperativas.

Os agonistas abrem portas celulares (recetores)

A chave para que os agonistas encaixem no recetor está na

National Institute of General Medical Sciences

sua forma. Os investigadores que estudam o mo-

principais objetivos dos farmacologistas é redu-

do como os medicamentos e outros químicos

zir esses efeitos secundários, desenvolvendo

exercem o seu efeito em órgãos específicos – no

medicamentos que se liguem apenas aos receto-

coração, nos pulmões, nos rins, etc. – estão muito

res das células alvo.

interessados na forma das moléculas. Alguns me-

É muito mais fácil dizê-lo do que fazê-lo.

dicamentos têm efeitos amplos porque encaixam

Embora os agonistas encaixem perfeitamente

em recetores de muitos tipos diferentes de célu-

na forma do recetor, também é possível que ou-

las. Alguns efeitos secundários, como a boca seca

tras moléculas os desativem. Este tipo de inte-

ou uma redução na pressão arterial, podem resul-

rações inesperadas e inespecíficas podem cau-

tar do encontro de um medicamento com receto-

sar efeitos secundários. Também podem afetar

res em locais que não são o seu alvo. Um dos

a disponibilidade do medicamento no corpo.

Esteroides para a cirurgia Na cultura atual, a palavra “esteroide” faz-nos recordar as drogas tomadas pelos atletas para aumentarem a sua força e desempenho físico. Mas, na verdade, esteroide é o nome químico que se dá a qualquer substância que tenha uma estrutura química característica, que consiste em múltiplos anéis de átomos ligados. Alguns exemplos de esteroides incluem a vitamina D, o

▼Um esteroide é uma . molécula com uma estrutu. ra química particular que . consiste em múltiplos anéis . (hexágonos e pentágono, . em baixo).

CH3

colesterol, o estrogénio e a cortisona – moléculas que são fundamentais para a boa manutenção do corpo. Há vários esteroides que têm papéis importantes no sistema reprodutor e na estrutura e função das membranas. Os investigadores também descobriram que os esteroides podem estar ativos no cérebro, onde afetam o sistema nervoso. Deste modo, alguns esteróides podem ser usados como anestésicos, medicamentos que têm um efeito sedativo sobre a pessoa antes de uma cirurgia, reduzindo temporariamente as funções cerebrais. Douglas Covey, da Washington University, em St. Louis, Missouri, descobriu novos papéis para vários desses neuroesteroides, que alteram a atividade elétrica no cérebro. A investigação de Covey mostra que os neuroesteroides podem ativar ou reduzir a atividade dos recetores que comunicam a mensagem do neurotransmissor chamado gama-aminobutirato (ou GABA). A função principal deste neurotransmissor é diminuir a atividade elétrica no cérebro. Covey e outros cientistas descobriram que os esteroides que ativam os recetores do GABA diminuem ainda mais a atividade cerebral, fazendo destes esteroides bons candidatos a anestésicos. Covey está também a investigar o potencial de esteroides neuroprotetores na prevenção dos danos causados nas células nervosas por certas doenças neurodegenerativas.

Design de Medicamentos | O ABC da Farmacologia 13

Do laboratório para o hospital: Farmacologia clínica

no sangue ou na urina, os farmacologistas clínicos podem calcular o modo como a pessoa está a processar o medica-

A prescrição de medicamentos é uma ciência

mento. Geralmente, esta importante análise envolve equa-

complicada e requer dos médicos uma cuidadosa

ções matemáticas, que têm em conta muitas variáveis dife-

consideração de muitos fatores. O nosso médico

rentes. Algumas das variáveis incluem as propriedades quí-

pode medir ou determinar muitos desses fatores,

micas e físicas do medicamento, a quantidade total de san-

como o peso e a dieta. Mas, outro fator chave são

gue no corpo da pessoa, a idade e massa corporal do indiví-

as interações medicamentosas. Já sabemos que

duo, a saúde do seu fígado e rins e os outros medicamentos

sempre que vamos ao médico, ele ou ela nos vai

que esteja a tomar. Os farmacologistas clínicos também me-

perguntar se estamos a tomar outro medicamento

dem os metabolitos do medicamento para estimarem a quan-

e se temos alguma alergia ou reações adversas a

tidade de medicamento no corpo da pessoa. Por vezes, os

algum medicamento.

médicos começam por dar aos pacientes uma “dose de ata-

As interações entre diferentes medicamentos

que” (uma grande quantidade), seguida posteriormente de

no corpo, e entre medicamentos e alimentos ou

doses menores. Esta aproximação resulta porque dá ao corpo

suplementos alimentares, podem ter uma influên-

uma dose suficiente de medicamento antes de este ser meta-

cia significativa, por vezes “enganando” o nosso

bolizado (degradado) em frações inativas, havendo uma

corpo, que “pensa” que tomámos mais ou menos

maior probabilidade do medicamento cumprir a sua função.

medicamento do que na realidade tomámos. Ao medir as quantidades de um medicamento

Os medicamentos da Natureza Artemísia para as enxaquecas, alho para doenças cardíacas, hipericão para a depressão. Estes são apenas algumas das muitas substâncias “naturais” ingeridas por milhões de americanos para o tratamento de uma variedade de problemas de saúde. O uso dos chamados medicamentos alternativos está generalizado, mas poderá surpreender-se ao saber que os investigadores não sabem, na maior parte dos casos, como é que as plantas funcionam – e se é que funcionam – no corpo humano. As plantas não estão reguladas pela Food and Drug Administration e os cientistas não fizeram estudos cuidadosos que avaliem a sua segurança e eficácia. Ao contrário de muitos medicamentos, as plantas contêm muitos – por vezes milhares – de

ingredientes. Embora alguns estudos em pequena escala tenham confirmado a utilidade de certas plantas, como a artemísia, outros produtos herbais não são eficazes e podem até ser perigosos. Por exemplo, estudos recentes sugerem que o hipericão não traz qualquer benefício para o tratamento da depressão. Para além disso, como as plantas são misturas complicadas, com muitos componentes ativos, podem interferir com o metabolismo corporal de outros medicamentos, como alguns tratamentos para o HIV e as pílulas anticoncetivas.

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Toca a bombear As bactérias têm uma estranha capacidade de

mos têm sistemas de ejeção chamados bom-

se defenderem dos antibióticos. Ao tentarem

bas de efluxo de resistência a multidrogas

perceber porque é que isto acontece, os cien-

(MDR) – enormes proteínas que atravessam

tistas notaram que os antibióticos que matam

a superfície das membranas celulares. Os in-

as bactérias de diferentes modos podem ser

vestigadores acham que eles têm as bombas

impedidos pelas bactérias que deveriam des-

MDR principalmente para autodefesa. As

truir. Um dos motivos, diz Kim Lewis, da

bombas são usadas para monitorizar os quí-

Northeastern University, em Boston, pode re-

micos que entram e para expulsar aqueles

sidir nas próprias bactérias. Os microorganis-

que possam ser perigosos para as bactérias.

©LINDA S. NYE

Lewis sugere que as plantas, que produzem

ço em levar os medicamentos onde eles são

muitas moléculas que matam bactérias, foram

necessários. Os medicamentos de quimiote-

ficando mais “espertas” com o passar do tempo,

rapia, por exemplo, são muitas vezes expul-

desenvolvendo formas de as “despistar”. Ele

sos das células cancerosas por bombas MDR

suspeita que a evolução tem levado as plantas à

existentes nas membranas celulares. As

produção de químicos naturais que bloqueiam

bombas MDR nas membranas de todo o cor-

as bombas MDR, ultrapassando este sistema de

po – no cérebro, no trato digestivo, no fíga-

defesa bacteriano. Lewis testou esta ideia come-

do e rins – têm importantes papéis no movi-

um agonista e um

çando por inativar o gene da bomba MDR na

mento de entrada e saída das células de mo-

antagonista.

bactéria comum Staphylococcus aureus (S.

léculas naturais do corpo, como as hormonas .

aureus). Depois, ele e os colegas expuseram a

A farmacologista Mary Vore, da Univer-

Compreendeste?

Explica a diferença entre

Como é que o sumo de

bactéria alterada a um antibiótico muito fraco

sity of Kentucky, em Lexington, descobriu

toranja afeta os níveis de

chamado berberina, que tinha sido quimicamen-

que certos tipos de bombas MDR não fun-

certos medicamentos no

te extraído da bérberis. A berberina geralmente

cionam corretamente durante a gravidez e

sangue?

não é efetiva contra a S. aureus, mas foi letal

ela suspeita que o estrogénio e outras hor-

para as bactérias que não tinham a bomba

monas da gravidez possam ser parcialmente

MDR. Para além disso, Lewis descobriu que a

responsáveis por isso. Vore tem-se esforça-

berberina também matava bactérias inalteradas,

do por determinar se a bomba MDR tem

desde que estivesse presente um outro químico

uma malformação nas mulheres grávidas

da bérberis que inibe as bombas MDR. Lewis

que têm colestase intra-hepática da gravidez

sugere que, ao administrar inibidores das bom-

(CIHG). A CIHG é um problema relativa-

bas MDR em conjunto com os antibióticos, os

mente raro, mas que por vezes surge durante

Nomeia um dos potenciais

médicos podem levar a melhor sobre os micro-

o terceiro trimestre e que pode causar grande

riscos associados à toma

organismos causadores de doenças.

desconforto, como comichões severas e náu-

de produtos herbais.

As bombas MDR não existem só nos micró-

O que é que um farmacologista representa nos eixos vertical e horizontal de um gráfico de dose-resposta?

seas, ao mesmo tempo que coloca em risco o

bios. Virtualmente, todos os seres vivos têm

feto em crescimento. A investigação de Vore

Quais são as quatro fases

bombas MDR, incluindo os sere humanos. No

sobre a função das bombas MDR pode tam-

da vida de um medicamento

corpo humano, as bombas MDR servem muitos

bém levar a melhorias na terapia para mu-

no corpo?

propósitos e podem, por vezes, frustrar o esfor-

lheres grávidas.

Muitas moléculas corporais e medicamentos (bolas amarelas) encontram bombas de efluxo de resistência a multidrogas (a azul) depois de passarem por uma membrana celular.

CAPÍTULO 2

Corpo, cura-te a ti mesmo Os cientistas começaram a interessar-se pelo funcionamento do corpo humano durante a “revolução científica” dos séculos XV e XVI. Estes primeiros estudos levaram à descrição dos sistemas digestivo, respiratório, nervoso e excretor. Com o tempo, os cientistas começaram a pensar no corpo como sendo um tipo de máquina que usa uma série de reações químicas para converter alimento em energia.

A máquina do corpo Os cientistas ainda pensam no corpo como uma máquina bem oleada (ou como um conjunto de máquinas), alimentada por um sistema de controlo chamado metabolismo. A conversão do alimento em energia integra reações químicas que se dão simultaneamente por todo o corpo, para assegurar que cada órgão tem nutrientes suficientes e que está a desempenhar corretamente o seu papel. Um importante princípio, central ao metabolismo, é que a unidade básica do corpo é a célula. Como se de um corpo em miniatura se tratasse, cada célula está rodeada por uma pele, chamada membrana. Cada célula

Descoberta por acidente O trabalho de um cientista é muitas vezes associado à construção de um puzzle. Com calma e método, uma por uma, as peças vão encaixando para formar uma bela imagem. Embora a investigação seja um puzzle, a analogia com o jogo falha. A verdade é que que os cientistas não têm a caixa do puzzle para saberem qual é o aspeto que a imagem final deve ter. Se soubermos o resultado de uma experiência à partida, então ela não é realmente uma experiência. Ser cientista implica trabalho duro, mas a maioria dos investigadores adora a liberdade de explorar as suas curiosidades. Testam ideias metodicamente, encontram respostas para novos problemas e todos os dias têm novos desafios. Mas os investigadores têm que manter os olhos e ouvidos abertos para as surpresas. Por vezes, a sorte ganha e fazem-se grandes descobertas “por acidente”. A descoberta das vacinas, dos raios-X e da penicilina aconteceram quando um cientista esteve disposto a dizer, “Humm, porque será que…“ e seguiu o trilho de uma descoberta inesperada.

Design de Medicamentos | Corpo, Cura-te a ti mesmo 17

contém também minúsculos órgãos, chamados organelos, que realizam tarefas metabólicas específicas. A célula é dirigida por um “centro de coman-

herdados da nossa mãe e 23 do nosso pai. Um tipo importante de metabolismo que ocorre constantemente nos nossos corpos é a leitura e interpretação dos genes para fazer proteínas. Estas proteí-

do”, o núcleo, onde residem os genes que herda-

nas são a base de milhões de reações químicas que di-

mos dos nossos pais. Os nossos genes – o nosso

rigem o nosso corpo. As proteínas têm papéis estrutu-

manual de instruções corporal personalizado –

rais, mantendo a forma adequada das células. As pro-

são mantidos em segurança em “pacotes” chama-

teínas também funcionam como enzimas, que acele-

dos cromossomas. Cada uma das nossas células

ram as reações químicas – sem a ajuda das enzimas,

tem um conjunto idêntico de 46 cromossomas, 23

muitas reações demorariam anos a acontecer.

Vai uma colherada? O nosso corpo é um modelo de economia. O metabolismo – o modo do nosso corpo obter energia e partes corporais a partir da água e alimento – tem lugar em todas as células de todos os órgãos. O metabolismo é constituído por vias complexas e interligadas de sinais celulares que ligam todos os sistemas que fazem com que o corpo funcione. Por este motivo, os investigadores têm problemas em compreender o processo, porque deparam-se muitas vezes com o estudo de apenas uma parte ou de algumas partes de cada vez. Contudo, os cientistas já aprenderam muito ao focarem-se em vias metabólicas individuais, como as do fabrico de moléculas reguladoras importantes chamadas prostaglandinas (veja a página 21). As importantes enzimas chamadas citocromo P450 (CYP 450) processam moléculas essenciais como algumas hormonas e vitaminas. As enzimas CYP 450 são um

grande foco para os farmacologistas porque metabolizam (quer degradando, quer ativando) centenas de medicamentos e substâncias naturais. Os cientistas que se especializam em Farmacogenética (veja a página 8) já descobriram que o código genético humano contém muitas “grafias” diferentes nos genes da CYP 450, o que resulta em proteínas CYP 450 com grande variação nos níveis de atividade. Algumas enzimas CYP 450 também metabolizam carcinogéneos, fazendo com que estes químicos se tornem ativos e mais propensos a causar cancro. A toxicologista Linda Quattrochi, da University of Colorado, em Denver, e do Health Sciences Center está a estudar os papéis desempenhados no metabolismo de carcinogéneos por certas enzimas CYP 450. A sua investigação revelou que componentes naturais de alguns alimentos, incluindo o rábano, as laranjas, a mostarda e o chá verde, parecem proteger o corpo bloqueando a ativação enzimática de carcinogénios pela CYP 450.

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Os glóbulos vermelhos sanguíneos transportam oxigénio por todo o corpo

O rio da vida Como o sangue é o principal sistema de transporte do corpo, a maioria dos medicamentos viaja por esta via. Os medicamentos podem che-

Sobrevivemos sem problema aos arranhões por-

gar à corrente sanguínea de diversas formas, in-

que o sangue contém moléculas “mágicas” que

cluindo o rico abastecimento de vasos sanguí-

podem formar um coágulo poucos minutos de-

neos da pele. É possível que se lembre que,

pois da queda. O sangue é uma mistura rica que

quando era criança, tinha medo quando via san-

contém glóbulos vermelhos transportadores de

gue a jorrar de um joelho esfolado. Hoje sabe

oxigénio e glóbulos brancos de combate às infe-

que essa noção simplista de a pele ser aquilo

ções. As células sanguíneas estão suspensas

que “mantém tudo dentro” não é muito correta.

num líquido aquoso chamado plasma, que

Queimaduras: Mais do que a pele Mais do que ser uma cobertura protetora, a pele é uma rede altamente dinâmica de células, nervos e vasos sanguíneos. A pele tem um papel importante na preservação do balanço hídrico e na regulação da temperatura e sensações corporais. As células imunitárias da pele ajudam o corpo a prevenir e combater doenças. Quando nos queimamos, todas estas proteções ficam em perigo. A perda de pele induzida por queimaduras pode dar às bactérias e outros microorganismos um fácil acesso aos fluidos ricos em nutrientes que atravessam o nosso corpo, ao mesmo tempo que permite a saída rápida desses fluidos. Se perder muitos fluidos, o paciente queimado pode entrar em choque, portanto os médicos têm que substituir a pele perdida em queimaduras graves o mais rapidamente possível. No caso de as queimaduras cobrirem uma área significativa do corpo, os cirurgiões têm que fazer

rapidamente duas coisas: retirar a pele queimada e depois cobrir o tecido que fica desprotegido. Os cientistas demoraram décadas a descobrir estes passos importantes no cuidado imediato de um paciente queimado, à medida que faziam experiências cuidadosas para perceberem como é que o corpo reagia às queimaduras. No início dos anos 1980, os investigadores que estavam a fazer este trabalho desenvolveram a primeira versão de uma cobertura artifici® al para a pele chamada Integra Dermal Regeneration Template™, que os médicos usam para envolver a área onde a pele queimada foi removida. Hoje, ® a Integra Dermal Regeneration Template™ é usada no tratamento de doentes queimados por todo o mundo.

Design de Medicamentos | Corpo, cura-te a ti mesmo 19

contém proteínas coagulantes, eletrólitos e mui-

obstáculos enquanto viajam pela corrente sanguí-

tas outras moléculas importantes. O sangue

nea. Alguns “perdem-se” quando se ligam a certas

também transporta proteínas e hormonas, como

proteínas do sangue, efectivamente ficando “fora

a insulina e o estrogénio, nutrientes de vários ti-

de serviço”.

pos e dióxido de carbono e outros produtos cujo destino é a saída do corpo.

Foram os fisiologistas que originalmente propuseram a ideia de que todos os processos internos

Embora a corrente sanguínea possa parecer

funcionam em conjunto para manter o corpo num

uma via rápida para levar o medicamento ne-

estado de equilíbrio. A corrente sanguínea liga to-

cessário ao órgão doente, um dos principais

dos os órgãos, permitindo que estes trabalhem de

problemas é fazer com que o medicamento che-

modo coordenado. Há dois sistemas que são parti-

gue ao órgão correto. Em muitos casos, os me-

cularmente interessantes para os fármacologistas: o

dicamentos acabam onde não são necessários e

sistema nervoso (que transmite sinais elétricos a

causam efeitos secundários, como já mencioná-

longas distâncias) e o sistema endócrino (que envia

mos. Para além disso, os medicamentos depa-

mensagens através das hormonas). Estes dois siste-

ram-se com muitos

mas são alvos chave para medicamentos.

A pele é constituída por três camadas, que constituem uma rede dinâmica de células, nervos e vasos sanguíneos.

Vaso sanguíneo

Nervo

Folículo piloso Glândula sudorípara Gordura

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Sem dor, é melhor

Tal como os efeitos do curare na acetilcolina, as interações entre outro medicamento – a aspirina – e o metabolismo ajudam a compreender o funcionamento do corpo. Este pequeno comprimido branco tem sido um dos medicamentos mais usados na história e muitos dizem até que lançou toda a indústria farmacêutica. Como medicamento, a aspirina tem 100 anos. No entanto, na sua forma mais primitiva, a aspirina é muito mais antiga. A casca do salgueiro-branco contém uma substância chamada salicilina, um antídoto para a febre e dores de cabeça conhecido desde o tempo do médico grego Hipócrates, por volta do ano 400 A.C. O corpo converte a salicilina numa substância acídica chamada salicilato. Apesar da sua utilidade desde tempos antigos, os primeiros registos indicam que o salicilato causava grandes danos no estômago das pessoas que ingeriam este químico natural. No final dos anos

Salicilato

►O acetilssalicilato é a atual aspirina. A adição de uma etiqueta química chamada grupo acetil (caixa amarela, à direita) a uma molécula derivada da casca de salgueiro-branco (o salicilato, em cima) faz com que a molécula seja menos acídica (e mais suave com o revestimento do tubo digestivo), mas ainda assim eficiente no alívio da dor.

Acetilssalicilato (Aspirina)

Design de Medicamentos | Corpo, Cura-te a ti mesmo 21

1800, uma descoberta científica transformou o salicilato derivado do salgueiro-branco num medicamento mais amigo do corpo. Felix Hoffman, um cientista da Bayer®, descobriu que a adição de uma etiqueta química, chamada grupo acetil, ao salicilato (veja a figura na página 20), fazia com que a molécula fosse menos acídica e um pouco mais suave para o estômago. Mas a alteração química não parecia diminuir a capacidade do medicamento no alívio da dor do reumatismo do seu pai. Esta molécula, o acetilsalicilato, é a atual aspirina. A aspirina funciona pelo bloqueio da produção de moléculas mensageiras chamadas prostaglandinas. Devido aos muitos papéis importantes que têm no metabolismo, as prostaglandinas são alvos importantes para medicamentos e são muito interessantes para os farmacologistas. As prostaglandinas podem ajudar os músculos a relaxarem, a dilatar os vasos sanguíneos, podem provocar febre quando somos infetados por uma bactéria e também dirigem o sistema imunitário, ao estimularem o processo chamado inflamação. Queimaduras solares, picadas de abelha, tendinites e artrites são só alguns exemplos da inflamação dolorosa causada pela libertação de certos tipos de prostaglandinas em resposta a uma lesão. A inflamação leva à dor na artrite.

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A aspirina pertence a um variado grupo de me-

técnicas biofísicas especiais e raios-X para de-

dicamentos chamados AINEs, a sigla para o longo

terminarem a forma tridimensional das enzimas.

título de medicamentos anti-inflamatórios não este-

Este tipo de experiência dá-nos informação so-

roides. Outros medicamentos que pertencem a esta

bre a função da molécula ao fornecer uma ima-

grande classe são, por exemplo, o Brufen , o ®

gem clara de como as curvas e dobras de uma

Naprosyn e muitos outros analgésicos. Todos es-

enzima (geralmente uma proteína ou um grupo

tes medicamentos partilham a capacidade da aspiri-

de proteínas em interação) a ajudam a cumprir a

na para reduzir a produção de prostaglandinas, blo-

sua tarefa. No desenvolvimento de medicamen-

queando uma enzima chamada ciclo-oxigenase.

tos, uma aproximação bem sucedida tem sido o

Conhecida como COX, esta enzima é uma peça

uso desta informação para desenhar engodos

decisiva no metabolismo e função imune do corpo.

que bloqueiem enzimas como a COX. Os estu-

A COX produz prostaglandinas e outras molé-

dos estruturais que revelaram a forma das enzi-

culas semelhantes, conhecidas como eicosanoides,

mas COX levaram a uma nova classe de medi-

a partir de uma molécula chamada ácido araquidó-

camentos para o tratamento da artrite. Os inves-

nico. Com um nome derivado da palavra grega

tigadores desenharam estes medicamentos de

eikos, que significa “vinte”, cada eicosanoide con-

modo a que se ligassem selectivamente a um ti-

tém 20 átomos de carbono.

po particular de enzima COX, a enzima COX-2.

Também já deve ter ouvido falar num popular ®

Ao desenharem medicamentos que têm co-

analgésico, o paracetamol (Ben-U-Ron ), que é fa-

mo alvo apenas uma das formas de uma enzima

moso por aliviar a febre e dores de cabeça. Contu-

como a COX, os farmacologistas podem criar

do, os cientistas não consideram o paracetamol um

remédios que impedem a inflamação, mas que

AINE porque não diminui a inflamação (recorde

têm menos efeitos secundários. Por exemplo, o

que parte de AINE significa “anti-inflamatório”).

mau estar no estômago é um dos efeitos secun-

Se as nossas articulações estão doridas devido a

dários comuns causados pelo uso de AINEs que

uma longa caminhada para a qual não estávamos

bloqueiam as enzimas COX. Estes efeitos se-

bem em forma, a aspirina ou o Naprosyn podem

cundários resultam do facto dos AINEs se liga-

ser melhor opção que o Ben-U-Ron, porque a in-

rem a diferentes tipos de enzimas COX – cada

flamação é o que está a causar a dor.

um dos quais tem uma forma ligeiramente dife-

Para compreender como é que enzimas como a COX funcionam, alguns farmacologistas usam

rente. Uma destas enzimas é a COX-1. Enquanto que, tanto a COX-1 como a COX 2 geram

Design de Medicamentos | Corpo, cura-te a ti mesmo 23

prostaglandinas, a COX-2 incrementa a produ-

O nosso exército imunitário

ção de prostaglandinas nos tecidos doridos e in-

Os cientistas já sabem muito sobre os sistemas de

flamados, como as articulações com artrite. Em

órgãos do corpo, mas muito ainda está por desco-

contraste, a COX-1 produz prostaglandinas que

brir. Para desenharem medicamentos “inteligen-

protegem o tubo digestivo e o bloqueio da pro-

tes”, que atuem nas células doentes e não nas sau-

dução destas prostaglandinas protetoras pode

dáveis, os investigadores precisam de os compre-

levar a danos do estômago (até mesmo hemor-

ender ainda melhor. Há um sistema, em particular,

ragias e úlceras). Muito recentemente, os cien-

que ainda intriga os cientistas: o sistema imunitário .

tistas acrescentaram um novo capítulo à estória

Embora os investigadores tenham acumulado

da COX, ao identificarem a COX-3, que pode

um vasto conhecimento sobre o modo como o nos-

ser o muito procurado alvo molecular do para-

so corpo combate as doenças usando os glóbulos

cetamol. A continuação da investigação vai aju-

brancos e milhares de armas químicas naturais, há

dar os farmacologistas a perceberem melhor co-

um dilema básico que ainda persiste: como é que o

mo é que o paracetamol e os AINEs atuam no

corpo sabe o que combater? O sistema imunitário

corpo.

está constantemente à procura de invasores externos e é extremamente sensível a qualquer intruso

O “Anti” Regime Os medicamentos de venda livre para o tratamento da dor, febre e inflamação têm muitos usos. Estes são alguns dos termos usados na descrição dos efeitos particulares desses medicamentos:

ANTIPIRÉTICO — este termo significa que o medicamento reduz a febre; provém da palavra grega pyresis, que significa “fogo”. ANTI-INFLAMATÓRIO — esta palavra descreve a capacidade do medicamento para reduzir a inflamação, que causa dor e inchaço; vem da palavra latina flamma, que significa “chama”. ANALGÉSICO — esta descrição refere-se à capacidade de um medicamento tratar a dor; vem da palavra grega algos, que significa “dor”.

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Os anticorpos são moléculas do sistema imunitário com forma de Y.

aprenderam a juntar células fabricantes de anticorpos com células que crescem e se dividem continuamente. Esta estratégia cria “fábricas” celulares que funcionam ininterruptamente para produzirem grandes quantidades de moléculas especialpercebido como “não próprio”, co-

zadas chamadas anticorpos monoclonais, que se

mo um órgão transplantado de ou-

ligam a certos alvos e os destroem. Recente-

tra pessoa. Contudo, esta

mente, os investigadores também descobriram

protecção pode descontro-

como produzir anticorpos monoclonais na clara

lar-se se o corpo se enganar e tratar o seu

dos ovos de galinha. Isto pode reduzir os custos

próprio tecido como alheio. As doenças auto-

de produção destes remédios cada vez mais

imunes, nas quais o sistema imunitário erronea-

importantes.

mente ataca e destrói tecido corporal que crê ser

Os médicos já estão a usar anticorpos mono-

alheio, podem ter consequências terríveis. O pode-

clonais terapêuticos para atacarem tumores. Um

roso exército imunitário apresenta obstáculos sig-

medicamento chamado Rituxan® foi o primeiro

nificativos para os farmacologistas que estão a

anticorpo monoclonal aprovado pela Food and

tentar criar novos medicamentos. Mas, alguns cien-

Drug Administration para o tratamento de can-

tistas observaram o sistema imunitário sob uma

cro. Este anticorpo monoclonal tem como alvo

perspetiva diferente. Porque não ensinar o corpo a

uma “impressão digital” do tumor na superfície

lançar um ataque às suas próprias células doentes?

das células imunitárias (chamadas linfócitos B)

Muitos investigadores estão a investigar a imunote-

de um cancro do sangue chamado linfoma não

rapia como método de tratamento para uma ampla

Hodgkin. Outro anticorpo terapêutico para o

gama de problemas de saúde, especialmente o can-

cancro, o Herceptin®, liga-se a recetores das cé-

cro. Com os avanços na biotecnologia, os investi-

lulas de cancro de mama que sinalizam cresci-

gadores são agora capazes de desenhar anticorpos

mento, quer para mascarar os receptores quer

(a nossa primeira linha de agentes de defesa do

para atrair células imunitárias que matem as cé-

sistema imunitário) modificados em laboratório.

lulas cancerosas. A ação do Herceptin evita que

Os anticorpos são proteínas admiravelmente específicas, que procuram e marcam como sendo pa-

o cancro de mama se espalhe a outros órgãos. Os investigadores estão também a investigar

ra destruir, qualquer coisa que elas não reconhe-

um novo tipo de “vacina” como terapia contra

çam como pertencente ao corpo. Os cientistas já

doenças como o cancro. As vacinas não são

Design de Medicamentos | Corpo, cura-te a ti mesmo 25

desenhadas para prevenir o cancro, mas para

investigação futura indique o caminho para que o

tratar a doença quando já se instalou no corpo.

corpo doente se cure a si mesmo, é provável que ha-

Ao contrário da aproximação com ataque espe-

ja sempre a necessidade de medicamen-

cífico da terapia com anticorpos, as vacinas têm

tos para acelerar a recuperação das mui-

como objetivo recrutar todo o sistema imunitá-

tas doenças que afligem a humanidade.

rio para combater o tumor. Os cientistas estão a fazer ensaios clínicos das vacinas contra o cancro para avaliarem a eficácia deste tratamento. A máquina do corpo tem um conjunto tremendamente complexo de sinais químicos que viajam pelo sangue e entram e saem das células. Embora os cientistas tenham esperança que a

Um choque ao sistema

Um síndrome que afeta todo o corpo e é causado por uma infeção a que se chama sépsis, é uma das principais causas de morte nas unidades hospitalares de cuidados intensivos, atingindo 750 000 pessoas por ano e matando mais de 215 000 (nos EUA). A sépsis é um sério problema de saúde pública e causa mais mortes anuais que as doenças cardíacas. A forma mais severa de sépsis ocorre quando as bactérias passam para a corrente sanguínea e aí libertam os seus venenos e levam ao perigoso esta-

do de choque séptico. A pressão arterial diminui perigosamente, o coração tem dificuldade em bombear sangue suficiente e a temperatura corporal sobe ou baixa rapidamente. Em muitos casos, há múltiplos órgãos que falham e o paciente morre. Apesar da importância óbvia para a saúde pública em encontrar formas efetivas de tratar a sépsis, os investigadores não têm tido êxito, o que é muito frustrante. Kevin Tracey, do North Shore-Long Island Jewish Research Institute, em Nova Iorque, identificou um inesperado suspeito do crime mortal da sépsis: o sistema nervoso. Tracey e os seus colegas descobriram uma inesperada ligação ente as citocinas, as armas químicas libertadas pelo sistema imunitário durante a sépsis, e um nervo principal que controla importantes funções corporais, como a taxa de batimentos cardíacos e a digestão. Em estudos feitos com animais, Tracey verificou que a estimulação elétrica deste nervo, chamado nervo vago, diminuía significativamente os níveis sanguíneos de TNF, uma citocina que é produzida quando o corpo sente a presença de bactérias no sangue. A continuação da investigação levou Tracey a concluir que a produção do neurotransmissor acetilcolina está na base da resposta de bloqueio da inflamação. Tracey está a investigar se a estimulação do nervo vago pode ser usada como uma componente da terapia para a sépsis e como um tratamento para outros problemas imunitários.

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Uma visão mais de perto Ver para crer. O cliché não se podia aplicar aos biólogos que tentavam compreender como é que uma enzima complicada funcionava. Durante décadas, os investigadores isolaram e purificaram enzimas individuais a partir das células, realizando experiências com estas proteínas para descobrirem como é que elas cumprem a sua função de aceleração das reações químicas. Mas, para uma compreensão em profundidade da função de uma molécula, os cientistas têm que ter uma visão mais próxima de como os átomos se encaixam e permitem que a “máquina” molecular funcione corretamente. Os investigadores chamados biólogos estruturais são fanáticos por esses detalhes

Uma extremidade saliente (a verde) da enzima MAO B fixa a proteína dentro da célula. As moléculas corporais ou os medicamentos entram em contacto com a MAO B (na região sombreada a azul) e são “trabalhadas” no centro ativo, uma concavidade no interior da proteína (região sombreada a vermelho). Para desempenhar a sua função, a MAO B usa uma molécula ajudante (a amarelo), que encaixa mesmo ao lado do centro ativo onde se dá a reação. REIMPRESSO COM AUTORIZAÇÃO DO J. BIOL. CHEM. (2002) 277:23973-6. HTTP://WWW.JBC.ORG

porque podem dar-nos informação valiosa

tros alimentos. A maioria dos efeitos se-

para o design de medicamentos – mesmo

cundários ocorre porque os medicamentos

no caso de proteínas que os cientistas estu-

que se ligam à MAO não têm um encaixe

dam em laboratório já há muito tempo. Por

perfeito, quer para a MAO A, quer para a

exemplo, os biólogos já sabem há 40 anos

MAO B.

Compreendeste?

que a enzima chamada monoamina oxidase

Dale Edmondson, da Emory University,

tipo B (MAO B) atua no cérebro, ajudando

em Atlanta, Georgia, revelou recentemente

a reciclar as moléculas chamadas neuro-

novos conhecimentos que podem ajudar os

transmissores. A MAO B e a sua “prima”,

investigadores a desenhar medicamentos

a MAO A, atuam removendo frações das

melhores e mais específicos que interfiram

Como é que funciona a

moléculas dos neurotransmissores, como

com estas importantes enzimas cerebrais.

aspirina?

parte do processo de inactivação dos mes-

Edmonson e os seus colegas Andrea

mos. Os cientistas desenvolveram medica-

Mattevi e Claudia Binda, da Università

mentos que bloqueiam a ação das enzimas

degli studi di Pavia, em Itália, consegui-

MAO e, ao fazê-lo, ajudam a preservar os

ram uma imagem nítida da MAO B ao de-

níveis de neurotransmissores nas pessoas

terminarem a sua estrutura tridimensional.

com problemas como a doença de

Os investigadores também viram como um

Parkinson e a depressão.

inibidor da MAO, o Eldepryl®, se liga à

Contudo, os inibidores da MAO têm

enzima MAO B e preveem que estes resul-

muitos efeitos secundários indesejáveis.

tados ajudem no design de medicamentos

Tremuras, aumento do ritmo cardíaco e

mais específicos e com menos efeitos se-

problemas com as funções sexuais, são al-

cundários.

Define metabolismo.

Nomeia três funções do sangue.

Dá dois exemplos de imunoterapias.

Qual é uma das técnicas

guns dos efeitos secundários leves dos ini-

que os cientistas usam para

bidores da MAO. Mas, os problemas mais

estudar a estrutura tridimen-

sérios incluem convulsões, quedas abruptas da pressão arterial e dificuldades respiratórias. As pessoas que tomam inibidores da MAO não podem ingerir alimentos que contenham tiramina, que se encontra no vinho, queijo, frutos secos e muitos ou-

sional de uma proteína?

CAPÍTULO 3

Medicamentos da Natureza: Passado e presente Muito antes da construção de cidades, antes

A farmácia da Natureza

da invenção da escrita e até antes das plantas

Os tempos mudaram, mas mais de metade da

serem cultivadas como alimento, os desejos

população mundial ainda conta inteiramente

humanos básicos de alívio da dor e prolonga-

com as plantas para obter remédios e são as

mento da vida alimentaram a procura por re-

plantas que fornecem os ingredientes ativos pa-

médios. Ninguém sabe com certeza o que é

ra a maioria dos produtos médicos As plantas

que os seres humanos primitivos faziam para

também serviram como ponto de partida para

tratar os seus males, mas provavelmente pro-

inúmeros medicamentos hoje no mercado. De

curavam curas nas plantas, animais e minerais

modo geral, os investigadores concordam que

que os rodeavam.

os produtos naturais obtidos a partir de plantas e outros organismos têm sido a maior e mais consistente fonte de êxito de ideias para novos medicamentos, já que a Natureza é um mestre

Destruidor natural de colesterol Ter o colesterol alto representa um risco significativo de doença cardíaca, uma das principais causas de morte no mundo industrializado. A investigação farmacológica tem feito grandes avanços para ajudar as pessoas a lidar com este problema. Os cientistas Michael Brown e Joseph Goldstein, ambos do University of Texas Southwestern Medical Center, em Dallas, ganharam o Prémio Nobel em Fisiologia e Medicina em 1985 pelo seu trabalho fundamental na determinação de como o corpo metaboliza o colesterol. Esta investigação, que começou por identificar os recetores do colesterol, levou ao desenvolvimento das estatinas, medicamentos que reduzem o ® ® colesterol, como o Mevinacor e o Zarator . Nova investigação do farmacologista David Mangelsdorf, também do University of Texas Southwestern Medical Center, em Dallas, está a apontar para um novo tratamento para o colesterol alto. A “nova” substância tem o complicado nome de guggulsterona e não é realmente nova. A guggulsterona provém da seiva da árvore Commiphora wightii, espécie nativa da Índia, e tem sido usada na medicina indiana ayurvedica desde pelo menos o ano 600 A.C. no tratamento de uma grande variedade de males, incluindo obesidade e problemas de colesterol.

Mangelsdorf e o seu colega David Moore, da Baylor College of Medicine, em Houston, no Texas, descobriram que a guggulsterona bloqueia uma proteína, chamada recetor FXR, que tem um importante papel no metabolismo do colesterol, convertendo o colesterol do sangue em ácidos biliares. Segundo Mangelsdorf, como os níveis elevados de ácidos biliares podem incrementar o colesterol, o bloqueio da FXR ajuda a reduzir o colesterol.

A seiva da árvore Commiphora wightii, uma espécie nativa da Índia, contém uma substância que pode ajudar a combater as doenças cardíacas.

Design de Medicamentos | Medicamentos da Natureza: Passado e presente 29

químico. Os cientistas que trabalham na desco-

Os cientistas estimam que a Terra seja o lar de pelo

berta de medicamentos, muitas vezes referem-

menos 250 000 espécies diferentes de plantas e que

-se a estas ideias como “guias” e os químicos

até 30 milhões de espécies de insetos rastejem ou

que têm propriedades desejáveis nos testes de

voem pelo globo. Existe provavelmente um igual nú-

laboratório são chamados compostos-guia.

mero de espécies de fungos, algas e bactérias. Apesar

Em termos relativos, há muitas poucas espé-

destes números impressionantes, os químicos só testa-

cies de seres vivos que tenham realmente sido

ram uns poucos destes organismos para verificarem se

observadas e nomeadas pelos cientistas. Muitos

eles alojam alguma substância com utilidade médica.

desses organismos não identificados não estão

Os químicos farmacêuticos procuram ideias para

necessariamente escondidos em locais não habi-

novos medicamentos, não só nas plantas, mas em

tados. Por exemplo, há alguns anos, os cientis-

qualquer parte da Natureza onde possam encontrar

tas identificaram uma nova espécie de milípede

pistas valiosas. Isto inclui a procura de organismos na-

na folhagem apodrecida do Central Park em

quela que foi chamada a última fronteira por explorar:

Nova Iorque, uma área visitada por milhares de

a água do mar que cobre quase três quartos da Terra.

pessoas todos os dias.

A terapia do cancro vê a luz

JOSEPH FRIEDBERG

Um novo sistema de administração de medicamentos, chamado terapia fotodinâmica, combina um antigo remédio vegetal, técnicas modernas de transfusão de sangue e luz. A terapia fotodinâmica foi aprovada pela Food and Drug Administration para o tratamento de vários cancros e certos tipos de degeneração macular relacionada com a idade, uma doença oftálmica devastadora e que é a principal causa de cegueira na América do Norte e na Europa. A terapia fotodinâmica está também a ser testada como tratamento de alguns problemas imunológicos e de pele. O ingrediente chave desta terapia é o psoraleno, um químico derivado de plantas que tem uma propriedade peculiar: é inativo até ser exposto à luz. O psoraleno é o ingrediente ativo de uma erva do Nilo chamada Ammi. Este remédio era usado pelos antigos egípcios, que repararam que as pessoas ficavam mais sensíveis às queimaduras solares após comerem a erva. Os investigadores modernos explicaram este fenómeno ao descobrirem que o psoraleno, depois de digerido, viaja para a superfície da pe-

Algumas formas de cancro podem ser tratadas com terapia fotodinâmica, na qual a molécula que ataca o cancro é ativada por luz com determinados comprimentos de onda.

le, onde é activado pelos raios ultravioleta do Sol. Quando ativo, o psoraleno liga-se tenazmente ao DNA das células cancerosas em rápida divisão e mata-as. A fotoferese, um método que expõe um medicamento semelhante ao psoraleno a luz com determinados comprimentos de onda, está aprovada para o tratamento de algumas formas de linfoma, um cancro dos glóbulos brancos.

National Institute of General Medical Sciences

Medicamentos dos oceanos

madas tunicados. Mais conhecidos como ascí-

Os animais marinhos lutam diariamente, tanto por ali-

dias, os tunicados são um grupo de organismos

mento como pela sua sobrevivência, e esta guerra sub-

marinhos que passam a maior parte da vida

aquática faz-se com químicos. Tal como com as plan-

agarrados às docas, rochas ou ao fundo dos bar-

tas, os investigadores já reconheceram o potencial do

cos. Para olhos inexperientes, parecem apenas

uso deste armamento químico para matar bactérias ou

pequenos bolbos coloridos, mas os tunicados

células cancerosas. Há décadas, os cientistas isolaram

são evolutivamente mais próximos dos verte-

o primeiro medicamento para o cancro com origem

brados como nós, do que dos outros animais in-

marinha, agora conhecido como Cytosar . Este quí-

vertebrados.

mico, fundamental no tratamento da leucemia e do

Um tunicado que vive nas águas cristalinas

linfoma, foi encontrado numa esponja marinha das

dos recifes de coral e mangais das Caraíbas re-

Caraíbas. Mais recentemente, os cientistas descobri-

velou ser a fonte de um medicamento experi-

ram dezenas de químicos marinhos semelhantes que

mental para o cancro chamado ecteinascidina.

parecem ser poderosos assassinos de células cancero-

Foi Ken Rinehart, um químico que trabalhava

sas. Os investigadores estão ainda a testar as proprie-

na University of Illinois at Urbana-Champaign,

dades terapêuticas destes produtos naturais.

quem descobriu esta substância natural. A

Por exemplo, os cientistas descobriram várias

PharmaMar, uma companhia farmacêutica com

substâncias promissoras nas criaturas marinhas cha-

sede em Espanha, detém agora a licença para a

CHRISTINE L. CASE

Curas milagrosas

▲ A colónia do bolor secretor de penicilina Penicillium inibe o crescimento das bactérias (as linhas em zig-zag a crescer na placa de Petri).

No final do século XIX, iniciou-se uma nova era da farmacologia impulsionada pelo cientista alemão Paul Ehrlich. Embora a ideia original de Ehrlich pareça perfeitamente óbvia hoje, foi considerada muito estranha naquela época. Ele propôs que cada doença fosse tratada com um químico específico e que a tarefa dos farmacologistas seria encontrar esses tratamentos através da testagem sistemática de potenciais medicamentos.

A aproximação funcionou: o maior triunfo de Ehrlich foi a descoberta do salvarsan, o primeiro tratamento efetivo para a doença sexualmente transmissível sífilis. Ehrlich descobriu o salvarsan depois de testar 605 compostos diferentes que continham arsénio. Mais tarde, investigadores de todo o mundo tiveram muito êxito no desenvolvimento de novos medicamentos ao seguirem os métodos de Ehrlich. Por exemplo, a testagem de corantes com enxofre levou aos primeiros “medicamentos milagrosos” do século XX, as sulfonamidas, usadas no tratamento de infeções bacterianas. Durante os anos 1940, as sulfonamidas foram rapidamente substituídas por um novo medicamento antibacteriano, mais potente e seguro, a penicilina – originalmente extraída do fungo do solo Penicillium.

Design de Medicamentos | Medicamentos da Natureza: Passado e presente 31

O Yondelis é um medicamento experimental para o cancro que foi isolado do organismo marinho Ecteinascidia turbinata.

PHARMAMAR

ecteinascidina, a que chama Yondelis™, e está

lentos. Há uma poção poderosa que provém de um

a realizar os ensaios clínicos. Os testes de labo-

outro destes animais, um caracol assombrosamente

ratório indicam que o Yondelis pode matar cé-

bonito que se encontra nos recifes da Austrália,

lulas cancerosas e o primeiro conjunto de estu-

Indonésia e Filipinas. Os animais, chamados Conus,

dos clínicos mostrou que o medicamento é se-

têm um veneno único que contém dezenas de toxi-

guro para uso humano. Estão em curso as fases

nas nervosas. Alguns destes venenos dão um choque

seguintes de testagem clínica, que avaliarão se o

instantâneo à presa, como o da enguia-elétrica ou o

Yondelis trata efetivamente sarcomas dos teci-

veneno do escorpião ou das anémonas-do-mar. Ou-

dos moles (tumores nos músculos, tendões e te-

tros causam paralisia, como os venenos das cobras e

cidos conectivos) e outros tipos de cancro.

dos peixes-balão.

Os animais que vivem nos recifes de coral

O farmacologista Baldomero Olivera, da Univer-

quase sempre recorrem à química para dissuadi-

sity of Utah, em Salt Lake City, um natural das

rem predadores famintos. Como uma fuga rápi-

Filipinas cujo fascínio de criança com os Conus se

da não é uma opção viável neste ambiente, mis-

transformou numa carreira dedicada ao estudo destes

turas químicas letais são as armas de eleição

animais, descobriu um veneno de Conus que se

destes animais sedentários ou de movimentos

transformou num potente novo medicamento para a

National Institute of General Medical Sciences

dor. As experiências de Olivera mostraram que a toxina do caracol é 1000 vezes mais poderosa que a morfina no tratamento de certos tipos de dor crónica. O medicamento derivado do caracol, chamado Prialt™ pela companhia Elan CorporaK.S. MATZ

Um veneno produzido pelo caracol Conus geographus transformou-se num poderoso novo medicamento para a dor.

tion (Dublin, Irlanda), que o desenvolveu e vende, interfere com a transmissão nervosa na medula espinal e impede que certos sinais de dor cheguem ao cérebro. Os cientistas preveem que mais toxinas de Conus serão usadas como compostosguia para medicamentos, já que existem 500 espécies diferentes deste animal na Terra.

Biologia de prospeção?

O medicamento para o cancro chamado Taxol foi originariamente descoberto na casca e agulhas do teixo.

Será que os investigadores se estão a aproveitar da Natureza andando à caça de novos medicamentos? Há uma preocupação pública com o facto de os cientistas andarem pelo mundo a rebuscar as florestas tropicais e os recifes de coral à procura de potenciais químicos naturais que possam vir a ser usados como medicamentos úteis. Embora seja verdade que as florestas tropicais são uma fonte extraordinariamente rica de espécies de animais e plantas, muitos medicamentos derivados de produtos naturais que salvam vidas, foram descobertos em climas temperados não muito diferentes do do nosso quintal. Muitos “medicamentos maravilha” surgiram a partir de espécies que não estão ameaçadas, como a casca do salgueiro-branco, que foi a fonte original da aspirina.

O antibiótico penicilina, proveniente de um bolor vulgar, é outro exemplo. Embora os cientistas inicial® mente tenham encontrado o Taxol na casca de uma espécie de teixo americana ameaçada, chamada Taxus brevifolia, este medicamento para o cancro que passou a ser amplamente usado, é agora produzido em laboratório, a partir de um extrato das agulhas de um teixo europeu, muito mais abundante. Em muitos casos, os químicos também encontraram formas de produzir em laboratório grandes quantidades de produtos químicos provenientes das florestas tropicais e recifes de coral (veja o texto principal).

Design de Medicamentos | Medicamentos da Natureza: Passado e presente 33

Moldar a Natureza

No caso do Yondelis, o químico Elias J. Corey, da Harvard

A procura da “ilha do tesouro” de potenciais

University, em Boston, Massachusetts, decifrou as instruções da

medicamentos na Natureza é, muitas vezes,

Natureza para produzir esta poderosa molécula medicinal. Isso

apenas o primeiro passo. Depois de explorar os

é importante porque os investigadores teriam que recolher mais

recursos naturais à procura de novos medica-

de uma tonelada de ascídias do Mar das Caraíbas para produzir

mentos, os cientistas farmacêuticos vão tentar

somente um grama de medicamento. Ao sintetizar o medica-

descobrir formas de cultivar os produtos natu-

mento em laboratório, os cientistas podem produzir muitas mais

rais ou de os produzir em laboratório. Os quí-

unidades do medicamento, o suficiente para que ele possa ser

micos têm um papel essencial na transformação

usado nos pacientes, caso se revele efetivo no combate à doença

dos produtos marinhos e outros produtos natu-

Os cientistas estão também a começar a usar um procedi-

rais (que muitas vezes só se encontram em di-

mento novo, chamado genética combinatória, para fazerem pro-

minutas quantidades) em medicamentos úteis.

dutos à medida que nem sequer existem na Natureza. Os

Toxicogenética: Os venenos e os nossos genes Tal como os nossos genes ajudam a determinar o modo como respondemos a certos medicamentos, o nosso código genético também afeta a nossa suscetibilidade às doenças. Porque é que duas pessoas com um estilo de vida semelhante e um ambiente quase idêntico podem ter uma propensão completamente diferente para ficarem doentes? Há muitos fatores que contribuem para isto, incluindo a dieta, mas os cientistas acreditam que um componente importante do risco de doença é a variabilidade genética que existe na reação das pessoas aos químicos do meio ambiente. Ao ouvir a palavra “químico”, muitas pessoas pensam em chaminés e poluição. É verdade que o nosso mundo está cheio de químicos tóxicos, alguns naturais e alguns sintéticos. Por exemplo, quase todos nós sucumbiríamos rapidamente ao veneno da cobra-capelo, mas é mais difícil prever quais de nós vão desenvolver cancro devido à exposição a carcinogéneos como o fumo dos cigarros. Os toxicologistas são investigadores que estudam os efeitos de substâncias venenosas nos seres vivos. Uma toxicologista, Serrine Lau, da University of Texas at Austin, está a tentar desvendar o mistério

genético das pessoas serem mais ou menos suscetíveis a danos renais após terem estado em contacto com determinados tipos de veneno. Lau e os seus colegas estudam os efeitos de uma substância chamada hidroquinona (HQ), um poluente industrial e contaminante presente no fumo do cigarro e dos tubos de escape. Lau está à procura dos genes que terão um papel no desencadear de cancro em resposta à exposição à HQ. A sua investigação e o trabalho de outros toxicogeneticistas deveria ajudar os cientistas a a encontrarem “assinaturas” genéticas que pudessem prever o risco de desenvolvimento de cancro em pessoas expostas a carcinogéneos perigosos.

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Os cientistas descobriram métodos para removerem as

do sistema imunitário, mas com o uso de doses

instruções genéticas de vias metabólicas completas de

menores. Para sua surpresa, verificaram que a

certos microorganismos, alterarem as instruções e de-

ciclosporina e o FK506 eram quimicamente

pois voltarem a colocá-las no local. Este método pode

muito diferentes. Para tentar explicar este resul-

gerar produtos “naturais” novos e diferentes.

tado desconcertante, Stuart Schreiber, químico

Isto é Química ou é Genética?

orgânico da Harvard University (na altura na Yale University, em New Haven, Connecticut),

Independentemente do modo como os investigadores

decidiu enfrentar o desafio de perceber como

encontram novos medicamentos, a descoberta tem

produzir FK506 no seu laboratório, recorrendo

muitas vezes vários desvios e reviravoltas imprevisí-

a simples “blocos de construção” químicos.

veis. Os cientistas têm que treinar os seus olhos para

Schreiber teve êxito e, em conjunto com ci-

detetarem as novas oportunidades que estejam escon-

entistas da Merck & Co., Inc. (New Jersey),

didas nos resultados das suas experiências. Por vezes,

usou o FK506 sintético como ferramenta para

desvios no laboratório podem abrir vias de descoberta

revelar a estrutura molecular do recetor do

completamente novas.

FK506 nas células imunitárias. Segundo

Consideremos o caso da ciclosporina, um medica-

Schreiber, a informação sobre a estrutura do re-

mento descoberto há três décadas que suprime o siste-

cetor obtida nestas experiências abriu-lhe os

ma imunitário e, assim, evita que o corpo rejeite ór-

olhos para toda uma nova linha de investigação.

gãos transplantados. A ciclosporina representou um

Schreiber pensou que, se produzisse peque-

grande avanço da ciência e é ainda um medicamento

nas moléculas personalizadas no laboratório, os

muito utilizado. Permitiu aos cirurgiões, através do

cientistas poderiam testar a função do recetor

transplante de órgãos, salvarem as vidas de muitos

do FK506 num estudo sistemático de como o

doentes em estado crítico. Mas não é difícil imaginar

sistema imunitário funciona. Desde aí, ele e o

que, as mesmas propriedades que fazem com que a

seu grupo continuam a usar pequenas moléculas

ciclosporina seja tão poderosa no travar do sistema

sintéticas para explorar a biologia. Embora a es-

imunitário, possam causar sérios efeitos secundários

tratégia de Schreiber não seja a da genética pu-

devido à drástica diminuição da função imune.

ra, ele chama a esta aproximação genética quí-

Anos após a descoberta da ciclosporina, os investi-

mica, porque o método se assemelha à forma

gadores que procuravam versões menos tóxicas deste

como os investigadores estudam a função dos

remédio, encontraram uma molécula natural chamada

genes.

FK506 que parecia produzir o mesmo efeito supressor

Design de Medicamentos | Medicamentos da Natureza: Passado e presente 35

Numa aproximação genética tradicional, os cientistas alteram a “grafia” (os nucleótidos) de um gene e inserem o gene modificado num organismo modelo (por exemplo, um rato, uma planta ou uma levedura) para verem o efeito da alteração genética na biologia do organismo. A genética química aproveita o poder da química para produzir qualquer molécula à medida, introduzi-la em células e depois procurar as alterações biológicas resultantes. Partindo de químicos em vez de genes, dá um passo de avanço ao desenvolvimento de medicamentos. Se a substância em teste produzir o efeito desejado, como impedir o crescimento de células cancerosas, então a molécula pode ser químicamente manipulada num curto espaço de tempo, já que já se sabe como produzir o químico.

Misturar as ciências Hoje em dia, é difícil que os cientistas saibam como se classificarem. À medida que os mundos da investigação colidem de forma maravilhosa e produtiva, as linhas de separação entre especialidades tornam-se desfocadas. Por exemplo, Craig Crews, da Yale University, mistura uma combinação de farmacologia molecular, química e genética. De facto, devido às suas múltiplas curiosidades científicas, Crews é professor em três departamentos diferentes de Yale: Biologia Molecular, Celular e do Desenvolvimento; Química e Farmacologia. Poderá pensar: “como é que é possível que ele tenha tempo para fazer o que quer que seja?”. Bem, ele tem feito muito: Crews é membro de uma nova “casta” de investigadores que trabalha numa área em crescimento chamada genética química (veja o texto principal). Com esta aproximação, os cientistas usam a química para abordar problemas biológicos que têm sido solucionados tradicionalmente através de experiências genéticas, como a engenharia genética de bactérias, leveduras e ratos. O objetivo de Crews é explorar o modo como os produtos naturais funcionam nos sistemas vivos e identificar novos alvos para o design de medica-

▲ A artemísia contém uma substância chamada partenolide que parece bloquear a inflamação.

mentos. Ele descobriu um possível modo de ação dentro das células de um ingrediente de combate à inflamação da planta medicinal artemísia. Descobriu que o ingrediente, chamado partenolide, parece inativar um processo chave no desenvolvimento da inflamação. No caso da artemisia, um pequeno número de estudos científicos controlados, em humanos, parece indicar que a planta combate eficazmente a enxaqueca, mas são necessários mais estudos para confirmar estes resultados preliminares.

National Institute of General Medical Sciences

Teste…I, II, III Para se transpor a investigação farmacológica

Os cientistas realizam ensaios clínicos em

para o cuidado de pacientes, os potenciais me-

três fases (I, II e III); cada uma dá respostas a

dicamentos têm que ser testados em pessoas.

diferentes questões fundamentais sobre o no-

Este processo, com vários estágios, é conheci-

vo medicamento potencial. É seguro? Funcio-

do como ensaios clínicos e levou os investiga-

na? É melhor que o tratamento padrão? Tipi-

dores a validarem muitos tratamentos vitais

camente, os investigadores passam anos a fa-

para muitas doenças, como a leucemia infantil

zerem trabalho básico no laboratório com mo-

e a doença de Hodgkin. Embora os ensaios

delos animais, antes de poderem sequer consi-

clínicos tenham elevados custos e consumam

derar testar um tratamento experimental em

muito tempo, são a única forma dos investiga-

pessoas. É muito importante que os cientistas

dores saberem, com alguma certeza, que os

que desejem testar substâncias em seres hu-

tratamentos experimentais funcionam em se-

manos devam seguir regras estritas que foram

res humanos.

desenhadas para proteger aqueles que se

voluntariam para participar nos ensaios clí-

fase III continua a examinar a eficácia da

nicos. Existem grupos chamados Painéis

substância, bem como se ela é melhor que

de Revisão Institucionais (nos EUA), ou

outros tratamentos existentes. Os estudos

PRI, que avaliam todas as propostas de in-

da fase III envolvem centenas a milhares

vestigação que envolvam seres humanos,

de pacientes e vários anos. Muitos estudos

para determinarem os potenciais riscos e

de fase II e fase III são aleatórios, o que

benefícios esperados. O objectivo de um

significa que há um grupo de pacientes que

Qual o problema de saúde

PRI é assegurar que os riscos são minimi-

recebe o medicamento experimental em

para o qual os cientistas es-

zados e que são razoáveis em comparação

teste, enquanto um segundo grupo de paci-

com o conhecimento que se espera adquirir

entes – o controlo – recebe um tratamento

pela realização do estudo. Os estudos clíni-

padrão ou um placebo (ou seja, nenhum

cos não podem avançar sem a aprovação

tratamento, muitas vezes disfarçado com

do PRI. Para além disso, as pessoas que

um comprimido de açúcar ou uma injeção

participam nos estudos clínicos têm que

de solução salina). Para além disso, os es-

concordar com os termos do ensaio, pas-

tudos da fase II e da fase III são geralmen-

riam para participar num

sando pelo processo de consentimento in-

te “cegos” – nem os pacientes nem os in-

ensaio clínico?

formado e assinando um formulário, exigi-

vestigadores sabem quem é que está a re-

do por lei, que diz que compreendem os

ceber o tratamento experimental. Por fim,

Porque é que os organis-

riscos e benefícios envolvidos no estudo.

quando um novo medicamento completa a

mos marinhos e as plantas

fase III de testes, uma companhia farma-

têm químicos que podem

da substância em até 100 pessoas e são de-

cêutica pode requerer a aprovação da Food

ser usados como medica-

senhados para perceber o que é que aconte-

and Drug Administration (nos EUA) para

ce à substância no corpo – como é que é

vender o medicamento.

Os estudos da fase I testam a segurança

Compreendeste?

tão atualmente a testar toxinas dos caracóis Conus?

Como é que se protegem as pessoas que se volunta-

mentos?

absorvida, metabolizada e excretada. Os estudos da fase I normalmente duram vários meses. Os ensaios da fase II testam se a substância produz o efeito desejado. Estes estudos duram mais tempo (entre vários

O que são os compostos guia? Diz qual foi o primeiro medicamento para o cancro deri-

meses até vários anos) e podem envolver várias centenas de pacientes. Um estudo da

vado de um organismo marinho.

CAPÍTULO 4

Das moléculas aos medicamentos Como pôde ler até agora, os objetivos mais im-

Caça ao medicamento

portantes da farmacologia atual são também os

Embora a descoberta de medicamentos possa, às

mais óbvios. Os farmacologistas querem dese-

vezes, ter a ver com a sorte, o mais frequente é

nhar, e serem capazes de produzir em quantidade

que os farmacologistas, químicos e outros cientis-

suficiente, medicamentos que atuem de um modo

tas à procura de novos remédios, labutem metodi-

específico e sem demasiados efeitos secundários.

camente ao longo de anos, seguindo sugestões da

Também querem que a quantidade correta de

Natureza ou pistas vindas do conhecimento que

medicamento chegue ao local apropriado no cor-

detêm sobre o funcionamento do corpo.

po. Mas, transformar moléculas em medicamen-

Encontrar os alvos celulares de um químico

tos não é assim tão fácil. Os cientistas lutam para

pode ajudar os cientistas a perceber como é que o

conseguirem superar o duplo desafio do design e

medicamento funciona. O alvo molecular da As-

administração do medicamento.

pirina, a enzima ciclo-oxigenase (veja a página 22), foi descoberto desta forma, no início da década de 1970, trabalho que deu o Prémio Nobel ao farmacologista John Vane, então no Royal College of Surgeons, em Londres, Inglaterra. Outro exemplo é a colquicina, um medicamento relativamente antigo, que é ainda muito usado no

WHO/TDR/STAMMERS

Um medicamento com outro nome

▲Os medicamentos usados no tratamento de problemas dos ossos podem ser úteis no tratamento de doenças infeciosas como a malária.

Por vezes, os cientistas encontram novos usos para medicamentos já existentes. Extraordinariamente, os novos usos potenciais por vezes têm pouco em comum com o que diz na embalagem (o uso “antigo”). Por exemplo, Eric Oldfield, químico da University of Illinois at UrbanaChampaign, descobriu que os bisfosfonatos, uma classe de medicamentos atualmente autorizados para o tratamento da osteoporose e outros problemas dos ossos, poderão também ser úteis no tratamento da malária, doença de Chagas e infeções relacionadas com o SIDA, como a toxoplasmose. A investigação prévia de Oldfield e dos seus colegas já tinha indicado que o princípio ativo ® dos medicamentos com bisfosfonatos Fosamax , ® ® Actonel e Aredia bloqueia um passo crítico do

metabolismo dos parasitas, dos microorganismos que causam estas doenças. Para testar esta hipótese, Oldfield deu o medicamento a cinco tipos diferentes de parasitas, cada um deles a crescer com células humanas numa placa de plástico. O cientista descobriu que pequenas quantidades do medicamento para a osteoporose matavam os parasitas mas não as células humanas. Os investigadores estão agora a testar o medicamento em modelos animais das doenças parasíticas e, até ao momento, têm obtido curas em ratos para certos tipos de leishmaniose. Se estes estudos provarem que os medicamentos com bisfosfonatos funcionam em modelos animais maiores, o passo seguinte será descobrir se estes remédios podem impedir estas parasitoses em seres humanos.

Design de Medicamentos | Das moléculas aos medicamentos 39

tratamento da gota, um tipo de artrite muito doloroso, no qual cristais de ácido úrico em forma de agulha se acumulam nas articulações, levando a inchaço, calor, dor e rigidez. As experiências laboratoriais com a colquicina levaram os cientistas ao seu alvo molecular, a tubulina, uma proteína estrutural da célula. A colquicina atua ao ligar-se à tubulina, fazendo com que certas partes da céluNATIONAL AGRICULTURE LIBRARY, ARS, USDA

la “desabem”. Esta ação pode interferir com a capacidade de movimento da célula. No caso da gota, os investigadores suspeitam que a colquicina funciona bloqueando a migração dos granulócitos (células do sistema imunitário), que são responsáveis pela inflamação característica desta doença. As estimativas atuais indicam que os cientistas já identificaram 500 a 600 alvos moleculares sobre os quais os medicamentos atuam. Os caça-

A colquicina, um tratamento para a gota, era originariamente derivada do caule e sementes do açafrão-dos-prados (Colchicum autumnale).

dores de medicamentos podem “descobri-los” estrategicamente ao desenharem moléculas que atinjam esses alvos. Isso já aconteceu nalguns ca-

em vez disso, os cientistas descobriram o Viagra®, um medicamen-

sos. Os investigadores sabiam o que procuravam

to de êxito aprovado para tratar a disfunção erétil. Inicialmente, os

quando desenharam os inibidores das proteases

investigadores planeavam criar um remédio para o coração, usando o

do HIV, um medicamento de êxito para o SIDA.

conhecimento sobre as moléculas que provocam coágulos sanguí-

O conhecimento prévio da estrutura tridimensio-

neos e os sinais moleculares que fazem com que os vasos sanguíneos

nal de certas proteínas do HIV (o alvo), guiou os

relaxem. O que os cientistas não sabiam era como é que o seu cândi-

investigadores no desenvolvimento de moléculas

dato a medicamento se comportaria nos ensaios clínicos.

com a forma acertada para bloquear a sua ação.

O sildenafil (o nome químico do Viagra) não funcionou muito

Os inibidores da protease prolongaram as vidas

bem como medicamento para o coração, mas muitos dos homens que

de muitos pacientes com SIDA.

participaram na fase de testes clínicos da substância notaram um

Contudo, às vezes, mesmo as aproximações

efeito secundário em particular: ereções. O Viagra funciona aumen-

mais específicas podem gerar surpresas. A em-

tando os níveis de uma molécula chamada GMP cíclico, que tem um

presa farmacêutica Pfizer tinha em mente uma

papel chave na sinalização celular em muitos tecidos corporais. Esta

substância para baixar a pressão arterial quando,

molécula dilata os vasos sanguíneos do pénis, levando à ereção.

National Institute of General Medical Sciences

Ciência do século XXI

putadores para tratar grandes quantidades de da-

Embora estratégias como as da genética quí-

dos biológicos). A revolução da “ómica” na

mica possam acelerar o passo da descoberta

Biomedicina advém de uma transição gradual

de medicamentos, há outras aproximações

na Biologia: de uma estratégia descritiva e de

que podem ajudar a expandir o número de

acumulação de dados, para uma ciência que al-

alvos moleculares das várias centenas para

gum dia será capaz de modelar e prever. Se

vários milhares. Muitas destas novas vias de

acha que 25 000 genes, o número de genes do

investigação articulam-se com a Biologia.

genoma humano, é muito, note que cada gene

Alguns dos ramos de investigação relati-

pode originar diferentes variações da mesma

vamente novos, que começam a ter um papel

proteína, cada uma delas com uma função mo-

central na ciência do século XXI são, por

lecular diferente. Os cientistas estimam que os

exemplo: a genómica (o estudo de todo o ma-

seres humanos tenham centenas de milhares de

terial genético de um organismo), a proteómi-

variantes proteicas. Há claramente muito traba-

ca (o estudo de todas as proteínas de um or-

lho por fazer, o que, sem dúvida, vai manter os

ganismo) e a bioinformática (o uso de com-

investigadores ocupados por muitos anos.

Uma fenda na armadura do cancro

Os médicos usam o medicamento Glivec para tratar uma forma de leucemia, uma doença em que há um número anormalmente grande de células imunitárias (células roxas) no sangue.

Recentemente, os investigadores deram um passo excitante no tratamento do cancro. Anos de investigação básica sobre os circuitos da comunicação celular levaram os cientistas a desenharem um novo tipo de medicamento para o cancro. Em maio de 2001, o medicamento Glivec™ foi aprovado para tratamento da leucemia mielóide cronica (LMC), um cancro raro do sangue. A Food and Drug Administration descreveu a aprovação do Glivec como sendo “…uma demonstração da investigação científica pioneira que tem lugar nos laboratórios espalhados pelos EUA.” Os investigadores desenharam este medicamento por forma a obstruir uma via de comunicação celular que está sempre “ligada” na LMC. O êxito tinha como alicerces anos de experimentação em

biologia básica sobre o modo como as células crescem. A descoberta do Glivec é um exemplo de êxito da chamada estratégia de alvos moleculares: compreender como é que surge a doença ao nível das células e depois encontrar formas de a tratar. Há imensos medicamentos em investigação, resultado do estudo do modo de comunicação entre as células. Alguns destinam-se ao tratamento de cancro mas também para muitos outros problemas de saúde.

Design de Medicamentos | Das moléculas aos medicamentos 41

Entrega rápida Encontrar novos medicamentos e formas eficien-

ser perigoso. O que fazer? Os farmacologistas podem contornar

tes de os produzir é apenas metade da batalha.

o efeito de primeira passagem administrando o medi-

Encontrar o modo como fazer chegar o medica-

camento através da pele, nariz ou pulmões. Cada um

mento ao local correto, uma tarefa conhecida co-

desses métodos evita o trato intestinal e pode aumen-

mo administração do medicamento, é um enorme

tar a quantidade de medicamento que chega ao local

desafio para os farmacologistas.

de ação no corpo. Uma entrega lenta, constante e dire-

Idealmente, um medicamento deve entrar no

ta para a corrente sanguínea – sem passar primeiro pe-

corpo, ir diretamente para o local afetado (pas-

lo fígado – é a principal vantagem dos selos transdér-

sando por tecidos saudáveis), cumprir a sua fun-

micos, o que faz com que este método de administra-

ção e depois desaparecer. Infelizmente, isto rara-

ção seja particularmente útil quando um químico deve

mente acontece com os métodos típicos de admi-

ser administrado por um longo período de tempo.

nistração de medicamentos: a deglutição e a inje-

As hormonas como a testosterona, a progesterona e

ção. Muitos remédios administrados por via oral

o estrogénio estão disponíveis em selos transdérmicos.

e constituídos por proteínas não são absorvidos

Os medicamentos administrados desta forma, entram

pela corrente sanguínea porque, à medida que

no sangue através da rede de pequenas artérias, veias e

passam pelo sistema digestivo, são rapidamente

capilares da pele. Já se desenvolveram também selos

degradados pelas enzimas. Se o medicamento

transdérmicos para uma grande variedade de outros

chegar ao sangue a partir dos intestinos, fica à

medicamentos: por exemplo, o Durogesic® (um medi-

mercê das enzimas do fígado. Quando os médi-

camento para a dor), o Transderm Scop® (um medica-

cos prescrevem esses remédios, este efeito de pri-

mento para o enjoo) e o Transderm Nitro® (um vaso-

meira passagem (veja a página 7) implica a ne-

dilatador usado no tratamento de dor de peito associa-

cessidade de várias doses de um medicamento

da a doença cardíaca). Contudo, apesar das suas van-

oral antes que uma quantidade suficiente chegue

tagens, os selos transdérmicos têm um grande incon-

ao sangue. As injeções também causam proble-

veniente: só moléculas muito pequenas conseguem

mas porque são caras, de autoadministração difí-

entrar no corpo através da pele.

cil e de gestão complicada se for necessária uma

A inalação pelo nariz ou boca é um outro método

toma diária. Ambos os métodos de administração

para fazer chegar o medicamento rapidamente ao lo-

resultam também em níveis flutuantes do medica-

cal, evitando passar pelo fígado. Os inaladores têm

mento no sangue, o que é pouco eficaz e pode

sido a base da terapia para a asma durante anos e os

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médicos também prescrevem medicamentos este-

de insulina com o tamanho adequado. Se as par-

roides nasais para problemas de alergias e sinusite.

tículas de insulina forem demasiado grandes po-

Estão a ser investigados pós de insulina que pos-

dem-se alojar nos pulmões; se forem demasiado

sam ser inalados pelas pessoas com diabetes que

pequenas, serão exaladas. Se os ensaios clínicos

necessitam da insulina para controlarem diária-

com a insulina para inalar provarem que esta é

mente o nível de açúcar no sangue. Esta tecnolo-

segura e efetiva, então esta terapia poderia faci-

gia, ainda experimental, surge dos novos usos da

litar muito a vida aos doentes com diabetes.

química e engenharia para a produção de partículas

Ler o MAPa celular Os cientistas esforçam-se por “ouvir as barulhentas discussões” que ocorrem dentro de e entre as células. Há menos de uma década, identificaram uma via de comunicação celular muito importante, chamada sinalização da proteína cinase ativada por mitogénio (MAPK). Hoje, os farmacologistas moleculares, como a Melanie H. Cobb, da University of Texas Southwestern Medical Center, em Dallas, estão a estudar os problemas com a sinalização MAPK em células doentes. Algumas das interações entre proteínas nestas vias

Proteína

Proteína Fosforilada Proteína Cinase

As cinases são enzimas que t adicionam grupos fosfato (estruturas amares laso e vermelhas) às proteínas (a verde), atribuing dosum código às proteíe Nesta reação, a monas. P intermediária, chalécula ) mada ATP (adenosina trip fosfato) dá um grupo fosP transformando-se fato, em. ADP (adenosina difosfato).

ATP

ADP

envolvem a adição ou a retirada de grupos fosfato (pequenas etiquetas moleculares). As cinases são as enzimas que adicionam os grupos fosfato às proteínas. A este processo chama-se fosforilação. Esta marcação das proteínas dá-lhes um código, que dá instruções à célula para fazer o mesmo (como dividir-se ou crescer). O corpo usa muitíssimas vias de sinalização, que envolvem centenas de cinases diferentes. A MAPK tem funções importantes, incluindo: instruir as células imaturas sobre como crescerem para se transformarem em células especializadas (como as células musculares), ajudar as células do pâncreas a responderem à hormona insulina e até dizer às células como morrerem. Como as vias MAPK são críticas em muitos processos celulares importantes, os investigadores consideram-nas um bom alvo para medicamentos. Estão a decorrer ensaios clínicos para testar várias moléculas que, em estudos animais, bloquearam a sinalização MAPK quanto esta não era desejável (por exemplo, no cancro ou em doenças que envolvam uma hiper-reação do sistema imunitário, como a artrite). Se os medicamentos que bloqueiam a sinalização MAPK forem efetivos nos seres humanos, os investigadores preveem que serão provavelmente usados em combinação com outros medicamentos que tratam diferentes problemas de saúde. Isto porque muitas doenças são provavelmente causadas por erros simultâneos em múltiplas vias de sinalização.

Design de Medicamentos | Das moléculas aos medicamentos 43

com o objetivo de encontrarem formas de trabalhar, não contra, mas com a Natureza, aprendendo a utilizar os transportadores moleculares para fazerem passar os medicamentos para dentro das células. Gordon Amidon, um químico farmacêutico da University of Michigan-Ann Arbor, tem vindo a estudar um transportador das membranas mucosas que recobrem o trato digestivo. O transportador, chamado hPEPT1, normalmente serve As proteínas que atravessam as membranas ajudam a transportar as moléculas para dentro das células.

para transportar (para dentro e para fora dos intestinos) pequenas partículas com carga elétrica e

HTTP://WWW.PHARMACOLOGY.UCLA.EDU

pequenas moléculas proteicas chamadas péptidos. Amidon e outros investigadores descobriram Dilemas de transporte Os cientistas estão a resolver o dilema da administração de medicamentos com uma variedade de outras técnicas. Muitas das técnicas têm como objetivo enganar os sistemas de “portões” das membranas celulares. O desafio é um problema de Química: a maioria dos medicamentos é solúvel em água, mas as membranas são lipídicas. A água e os lípidos não se misturam, por isso muitas substâncias não conseguem entrar na célula. Para piorar a situação, o tamanho é também um fator importante. As membranas são geralmente construídas para permitirem apenas a entrada de pequenos nutrientes e hormonas, muitas vezes através de vias de acesso privadas, chamadas transportadores. Muitos farmacologistas estão a investigar

que alguns medicamentos, como o antibiótico penicilina e certos medicamentos para a pressão alta e problemas cardíacos, também atravessam os intestinos através do hPEPT1. Experiências recentes revelaram que o medicamento para o herpes Valtrex® e o medicamento para o SIDA Retrovir® também “apanham boleia” para as células intestinais usando o transportador hPEPT1. Amidon quer alargar esta lista através da síntese de centenas de moléculas diferentes e testar a sua capacidade para utilizar o hPEPT1 e outros transportadores semelhantes. Avanços recentes na Biologia Molecular, Genómica e Bioinformática aceleraram a procura por moléculas que possam ser testadas por Amidon e outros investigadores. Os cientistas estão também a tentar fazer passar as moléculas pelas membranas, disfarçando-as. Steven Regen, da Lehigh University,em

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Bethlehem, Pennsylvania, produziu “armadu-

Atua como uma membrana

ras” moleculares em miniatura que envolvem

Os investigadores sabem que altas concentrações

e protegem as moléculas quando encontram

de medicamentos quimioterapêuticos matam to-

uma membrana lipídica e, depois, se abrem no

das as células cancerosas a crescer numa placa de

ambiente aquoso do interior da célula. Até

laboratório. Mas, levar uma quantidade suficiente

agora, Regen só usou moléculas teste, não

destes medicamentos poderosos a um tumor no

medicamentos verdadeiros, mas tem conse-

corpo, sem matar demasiadas células saudáveis

guido fazer com que moléculas que parecem

pelo caminho, tem sido extremamente difícil. Es-

pequenos segmentos de DNA atravessem as

tes poderosos medicamentos podem fazer mais

membranas. A capacidade de fazer isto em

mal do que bem, ao fazerem com que o doente fi-

seres humanos poderia ser um passo crucial

que seriamente doente durante o tratamento.

para a administração de moléculas terapêuticas com êxito (terapia génica, por exemplo).

Alguns investigadores estão a usar partículas semelhantes a membranas, chamadas lipossomas,

Disseção da anestesia Os cientistas que estudam os medicamentos anestésicos têm uma tarefa intimidante: na maior parte dos casos, estão “a dar tiros no escuro”, no que diz respeito à identificação dos alvos moleculares destes medicamentos. Os investigadores sabem que os anestésicos têm um ingrediente comum: quase todos afetam, de algum modo, as membranas, os invólucros lipídicos que rodeiam as células. Contudo, apesar de a anestesia ser uma rotina nas cirurgias, o modo de ação dos anestésicos no corpo permanece um mistério há mais de 150 anos. É um problema importante, já que os anestésicos têm múltiplos efeitos em funções chave do corpo, incluindo processos críticos como a respiração. Os cientistas definem a anestesia como um estado no qual não ocorre nenhum movimento em resposta a um estímulo doloroso. O problema é que, embora o paciente perca a resposta à dor, o anestesista não consegue dizer o que é que está a acontecer dentro dos órgãos e células da pessoa. O que ainda complica mais o assunto é que os cientistas sabem que há muitos tipos de medicamen-

tos (com poucas semelhanças físicas entre eles) que podem produzir anestesia. Isto torna muito difícil a determinação das causas e dos efeitos. O anestesista Robert Veselis, do Memorial SloanKettering Institute for Cancer Research, em Nova Iorque, clarificou o modo como alguns tipos destes misteriosos medicamentos funcionam. Veselis e os seus colegas mediram a atividade elétrica nos cérebros de voluntários saudáveis que receberam anestésicos enquanto ouviam diferentes sons. Para determinarem quão sedadas as pessoas estavam, os investigadores mediram o tempo de reação aos sons que elas ouviam. Para medir os efeitos na memória, no final do estudo perguntaram aos voluntários por listas de palavras que eles tinham ouvido antes e durante a anestesia. As experiências de Veselis mostraram que os anestésicos que foram estudados afetam áreas separadas do cérebro, para produzirem dois tipos de efeitos sedativos e perda de memória. Os resultados podem ajudar os médicos a administrarem os medicamentos anestésicos de um modo mais eficiente e com maior segurança, evitando reações com outros medicamentos que o paciente possa estar a tomar.

Design de Medicamentos | Das moléculas aos medicamentos 45

para “embalarem” e levarem o medicamento aos tumores. Os lipossomas são microscópicas cápsuLAWRENCE MAYER, LUDGER ICKENSTEIN, KATRINA EDWARDS

las lipídicas que podem ser preenchidas com carga biológica, como um medicamento. São mesmo muito pequenos: só um milionésimo da largura de um cabelo humano. Os investigadores já conhecem os lipossomas há muitos anos, mas levá-los ao local adequado do corpo não tem sido fácil. Uma vez na corrente sanguínea, estas partículas “alheias” são imediatamente enviadas para o fígado e baço, onde são destruídas. David Needham, engenheiro de materiais da Duke University, em Durham, Carolina do Norte,

David Needham desenhou lipossomas que parecem diminutas “bolas de futebol” moleculares, feitas com dois lípidos diferentes que rodeiam o medicamento.

está a investigar a Física e a Química dos lipossomas, para compreender melhor como é que eles e

tornem demasiado permeáveis. À medida que os lipossomas se

a sua carga de combate ao cancro podem viajar

aproximam do tecido tumoral aquecido, os “pontos” da bola em

pelo corpo. Needham trabalhou durante dez anos

miniatura começam a dissolver-se, rapidamente libertando o

na criação de um tipo especial de lipossoma que

conteúdo dos lipossomas.

“se derrete” a apenas alguns graus acima da tem-

Needham e o oncologista de Duke Mark Dewhirst uniram-se

peratura corporal. O resultado é uma minúscula

para os estudos animais com os lipossomas ativados pelo calor.

“bola de futebol” molecular feita a partir de dois

As experiências em ratos e cães revelaram que, quando aqueci-

lípidos diferentes, que envolvem a substância. À

das, as cápsulas cheias de medicamentos inundavam os tumores

temperatura ambiente, os lipossomas são sólidos

com a substância quimioterapêutica e matavam as células can-

e mantêm-se sólidos à temperatura corporal. Po-

cerosas. Os investigadores esperam iniciar em breve a primeira

dem assim ser injetados na corrente sanguínea.

fase de estudos humanos que testem o tratamento por liposso-

Os lipossomas estão desenhados para libertarem

mas ativados pelo calor em pacientes com cancro da próstata e

o seu medicamento no tumor quando é aplicado

cancro de mama. Os resultados destes e de ensaios clínicos pos-

calor ao tecido canceroso. Sabe-se que o calor

teriores vão determinar se a terapia com lipossomas pode ou

perturba os tumores, fazendo com que os vasos

não ser uma arma útil para o tratamento de cancro de mama, de

sanguíneos que rodeiam as células cancerosas se

próstata e de outros tumores sólidos de difícil tratamento.

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O interruptor G (a)

(b)

(c)

Hormona

)

Membrana plasmática Recetor

Enzima celular ativa

Enzima celular inativa Proteína G inativa

Proteína G ativa

Resposta celular As proteínas G atuam como testemunhos numa corrida de estafetas, passando mensagens das hormonas em circulação para o interior das células.

Imaginemos que estamos sentados numa célula,

(a) Uma hormona (a vermelho) encontra um recetor (a azul) na membrana de uma célula.

precipita-se na nossa direção, desacelerando à

(b) Uma proteína G (a verde) é ativada e entra em contacto com o recetor ao qual está ligada a hormona. (c) A proteína G passa a mensagem da hormona para a célula, ativando uma enzima celular (a roxo) que desencadeia uma resposta.

a olhar para fora, para a corrente sanguínea que passa a correr. De repente, uma grande massa medida que encaixa numa doca perfeita na superfície da nossa célula. Não nos apercebemos disso, mas o nosso próprio corpo enviou esta substância (uma hormona chamada epinefrina) para nos proteger, dizendo-nos para sair do caminho de um carro que quase choca connosco ao desviar-se da sua faixa. O nosso corpo reage, desencadeando a familiar e arrepiante resposta de “fugir ou lutar” que faz com que tenhamos uma reação rápida em situações potencialmente ameaçadoras, como esta. Como é que tudo isto acontece tão rápido? Entrar numa célula é um desafio, um processo muito bem guardado e mantido sob controlo por uma grade protetora chamada membrana plasmática. Perceber como é que os gatilhos moleculares, como a epinefrina, comunicam mensagens importantes ao interior da célula levou a que dois cientistas recebessem o Prémio

Nobel em Fisiologia ou Medicina em 1994.

controla o balanço hídrico. O efeito é a cons-

Quando uma mensagem celular atravessa a

tante perda de líquidos, o que causa diarreias

membrana, chama-se transdução de sinal e

potencialmente fatais.

isto ocorre em três passos. Primeiro, uma mensagem (como a epinefrina) encontra-se

o outro vencedor do Prémio Nobel, o faleci-

com a superfície da célula e entra em con-

do Martin Rodbell, dos National Institutes of

tacto com uma molécula à superfície chama-

Health, fizeram a sua descoberta fundamen-

da recetor. Depois, um transdutor, ou molé-

tal sobre as proteínas G, farmacologistas de

cula interruptora, passa a mensagem para o

todo o mundo têm-se focado nestas molécu-

interior, como se fosse um testemunho numa

las sinalizadoras. A investigação sobre as

corrida de estafetas. Por fim, no terceiro pas-

proteínas G e sobre todos os aspetos da sina-

so, o sinal é amplificado, levando a célula a

lização celular prosperou e, como resultado,

fazer algo: mover-se, produzir novas proteí-

os cientistas têm hoje uma avalanche de da-

nas ou até enviar mais sinais.

dos. No outono do ano 2000, Gilman embar-

Um dos vencedores do Prémio Nobel, o

Compreendeste?

Nas poucas décadas desde que Gilman e

cou num esforço pioneiro para desenredar e

O que é um lipossoma?

Nomeia três métodos de administração de medicamentos.

Descreve como funcionam as proteínas G.

farmacologista Alfred G. Gilman, do

reconstruir alguma desta informação, para

University of Texas Southwestern Medical

guiar a criação de uma “célula virtual”.

Center, em Dallas, revelou a identidade da

Gilman lidera a Alliance for Cellular

O que é que fazem as

molécula interruptora, a proteína G. O no-

Signaling (Aliança para a Sinalização Celu-

cinases?

me da molécula, que é, na verdade, uma

lar), uma grande rede interativa. O grupo

grande família de moléculas interruptoras,

tem um grande sonho: compreender tudo o

foi atribuído por Gilman. Não advém do

que há para saber sobre a sinalização no in-

Discute a revolução da

seu próprio nome, mas sim do tipo de com-

terior das células. Segundo Gilman, os in-

“ómica” na investigação

bustível celular que ela usa: uma “moeda

vestigadores da Aliança focam muita da sua

biomédica.

de troca” energética chamada GTP. Tal co-

atenção nas proteínas G, mas também nou-

mo qualquer interruptor, as proteínas G têm

tros sistemas de sinalização em certos tipos

que ser “ligadas” só quando são necessárias

de células selecionados. Em última análise,

e, depois, “desligadas”. Algumas doenças,

os cientistas esperam testar medicamentos e

incluindo a fatal cólera, ocorrem quando

aprender mais sobre as doenças através de

uma proteína G é deixada a funcionar inin-

experiências de modelação computacional

terruptamente. No caso da cólera, o arma-

com o sistema da célula virtual.

mento venenoso da bactéria da cólera “congela” um tipo particular de proteína G que

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Medicamentos para o futuro Os avanços no desenvolvimento e administração de medicamentos descritos nesta publicação, refletem o crescente conhecimento dos cientistas sobre a Biologia Humana. Este conhecimento permitiu-lhes desenvolver medicamentos que têm como alvo moléculas ou células específicas. No futuro, os médicos poderão ser capazes de tratar ou prevenir as doenças com medicamentos que realmente reparem as células ou as protejam de ataques. Ninguém sabe quais as técnicas agora em desenvolvimento que darão origem a futuros medicamentos valiosos, mas está claro que, graças à investigação farmacológica, os médicos de amanhã terão à disposição uma gama sem precedentes de armamento para combater as doenças.

Design de Medicamentos | Medicamentos para o futuro 49

Carreiras em Farmacologia Queres ser um farmacologista? Se escolheres a Farmacologia como carreira, aqui ficam alguns dos locais onde poderás trabalhar no futuro (nos EUA): Universidade. A maioria da investigação básica é feita por cientistas em universidades ou centros de investigação. Os farmacologistas académicos fazem investigação para determinar como é que os medicamentos interagem com os sistemas vivos. Também ensinam Farmacologia aos estudantes de Medicina, Farmácia, Medicina Veterinária e Medicina Dentária. Empresa farmacêutica. Os farmacologistas que trabalham na indústria, participam no desenvolvimento de medicamentos como parte de uma equipa de cientistas. Um aspeto chave da investigação na indústria farmacêutica, é assegurar que os novos medicamentos são efetivos e seguros para uso humano. Hospital ou Centro Médico. A maioria dos farmacologistas clínicos são médicos que se têm formação especializada no uso de medicamentos ou combinações de medicamentos para o tratamento

de vários problemas de saúde. Estes cientistas muitas vezes trabalham com os pacientes e passam muito tempo a tentar perceber os problemas relacionados com a dosagem, incluindo os efeitos secundários e as interações medicamentosas. Agência governamental. Os farmacologistas e toxicologistas têm papéis chave na formulação das leis relacionadas com os medicamentos e com a regulação de químicos. As agências federais (dos EUA), como os National Institutes of Health e a Food and Drug Administration, contratam muitos farmacologistas pelo seu conhecimento sobre o funcionamento dos medicamentos. Estes cientistas ajudam a desenvolver legislação sobre o uso seguro de medicamentos. Podes saber mais sobre as carreiras em Farmacologia contactando organizações de profissionais, como a American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics (Sociedade Americana para a Farmacologia e Terapias Experimentais: http://www.aspet.org/) ou a American Society for Clinical Pharmacology and Therapeutics (Sociedade Americana para a Farmacologia Clínica e Terapêutica: http://www.ascpt.org/). N.T.: Em Portugal, existe a Sociedade Portuguesa de Farmacologia (http://www.spfarmacologia.com/)

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Glossário Ácido araquidónico | Molécula dá origem a

Anticorpo monoclonal | Anticorpo que reco-

moléculas reguladoras, como as prostaglandi-

nhece um só tipo de antigénio; é por vezes usa-

nas; encontra-se nos tecidos adiposos animais

do na imunoterapia para o tratamento de doen-

e em alimentos como a gema do ovo e o fígado.

ças como o cancro.

Ácido gordo essencial | Longa molécula lipí-

Anticorpo | Proteína do sistema imunitário

dica que está envolvida em processos do corpo

produzida em resposta a um antigénio (uma

humano; é sintetizada nas plantas, mas não no

substância exterior, muitas vezes causadora de

corpo humano. É, portanto, um requerimento

doenças).

alimentar.

Anti-inflamatório | Capacidade de um medi-

ADME | Sigla dos quarto passos da viagem do

camento para reduzir a inflamação, que pode

medicamento pelo corpo: absorção, distribui-

causar dor e inchaço.

ção, metabolismo e excreção.

Antipirético | Que reduz a febre; o termo vem

Agonista | Molécula que desencadeia uma

da palavra grega pyresis, que significa fogo.

resposta celular pela interação com um recetor.

Bactéria | Organismo unicelular sem núcleo

AINEs (medicamentos anti-inflamatórios

que se reproduz por divisão celular; pode infe-

não esteroides) | Qualquer medicamento de

tar seres humanos, plantas ou animais.

uma classe que reduz a dor, febre ou inflama-

Barreira hematoencefálica | Barreira consti-

ção através da interferência na síntese de pros-

tuída por células e pequenos vasos sanguíneos

taglandinas..

que limita o movimento de substâncias da cor-

Analgésico | Capacidade de aliviar a dor ou

um medicamento que alivia a dor. O termo vem da palavra grega algos, que significa dor.

rente sanguínea para o cérebro. Biodisponibilidade | Capacidade de um medi-

camento ou outro químico de entrar no corpo e

Antagonista | Molécula que evita a ação de

ficar disponível no tecido onde é necessário.

outras moléculas, muitas vezes competindo

Bioinformática | Campo de investigação que

por um recetor celular; o oposto de agonista.

recorre a computadores para armazenar e anali-

Antibiótico | Substância que pode matar ou

sar grandes quantidades de dados biológicos.

inibir o crescimento de certos microorganismos.

Biologia estrutural | Campo de estudo dedica-

do à determinação da estrutura tridimensional das moléculas biológicas, para melhor compreender a função destas moléculas.

Design de Medicamentos | Glossário 51

Biotecnologia | O uso industrial de organismos

Cristalografia por raios-X | Técnica usada pa-

vivos ou de métodos biológicos derivados da in-

ra determinar a estrutura tridimensional detalha-

vestigação básica.

da das moléculas, baseada na dispersão dos

Biotransformação | Conversão de uma subs-

tância por ação de organismos ou enzimas. Carcinogéneo | Qualquer substância que,

raios-X pelo cristal da molécula. Cromossoma | Estrutura no núcleo da célula

que contém o material hereditário (genes); os se-

quando em contacto com tecido vivo, possa

res humanos têm 23 pares de cromossomas em

causar cancro.

cada célula do corpo, um proveniente do pai e outro proveniente da mãe.

Célula | A subunidade básica de qualquer orga-

nismo vivo; a unidade mais simples que pode

Curva de dose-resposta | Gráfico que mostra

existir como um sistema vivo independente.

a relação entre a dose de medicamento (ou de outro químico) e os efeitos que este produz.

Ciclo-oxigenase | Enzima, também conhecida

como COX, que fabrica prostaglandinas a partir

DNA (ácido desoxirribonucleico) | Molécula

do ácido araquidónico; é o alvo molecular dos

helicoidal com duas cadeias que codifica infor-

medicamentos anti-inflamatórios não esteroides.

mação genética.

Cinase | Enzima que adiciona grupos fosfato às

proteínas.

Dose | Quantidade de medicamento que deve

ser tomada de cada vez.

Citocromo P450 | Família de enzimas que se

Efeito de primeira passagem | Degradação,

encontra nos animais, plantas e bactérias e que

no fígado e intestinos, dos medicamentos admi-

tem um papel importante no metabolismo dos

nistrados oralmente.

medicamentos.

Efeito secundário | Efeito de um medicamen-

Colesterol | Lípido único às células animais; é

usado na construção das membranas celulares e como unidade estrutural de algumas hormonas. Consentimento informado | A concordância

to para além daquele desejado e que, por vezes, afeta um órgão que não é o alvo. Ensaio clínico | Estudo científico para deter-

minar os efeitos de potenciais medicamentos nas

de uma pessoa (ou do seu representante legal)

pessoas; geralmente são conduzidos em três fa-

em servir como sujeito de uma investigação,

ses (I, II e III) para determinar, respetivamente,

com o conhecimento pleno de todos os riscos e

se a substância é segura, eficaz e melhor que as

benefícios antecipados da experiência.

terapias atuais.

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Enzima | Molécula (geralmente proteica) que

Genética | Estudo científico dos genes e da he-

acelera, ou catalisa, uma reação química sem ser

reditariedade, de como as características partícu-

permanentemente alterada ou consumida.

lares são transmitidas de pais para filhos.

Esteroide | Tipo de molécula que tem uma es-

Genética combinatória | Processo e investiga-

trutura com vários anéis, em que os anéis parti-

ção na qual os cientistas removem as instruções

lham moléculas com carbono.

genéticas de vias metabólicas completas de cer-

Farmacêutica | Área das Ciências da Saúde

que lida com a preparação, distribuição e uso

tos microorganismos, alteram as instruções e voltam a colocá-las no lugar.

apropriado dos medicamentos.

Genética química | Tipo de aproximação cien-

Farmacocinética | Estudo de como o corpo

tífica semelhante à Genética, mas na qual os ci-

absorve, distribui, degrada e elimina os medi-

entistas produzem pequenas moléculas sintéticas

camentos.

que se ligam às proteínas para explorar a sua Biologia.

Farmacodinâmica | Estudo de como os me-

dicamentos atuam nos locais alvo no corpo.

Genómica | Estudo de todo o material genético

de um organismo. Farmacogenética | Estudo de como os genes

das pessoas afetam a sua resposta aos medicamentos.

Hormona | Molécula mensageira que ajuda a

coordenar as ações de vários tecidos; é produzidas numa parte do corpo e transportada pela cor-

Farmacologia | Estudo de como os medica-

rente sanguínea para outros tecidos e órgãos.

mentos interagem com os sistemas vivos. Imunoterapia | Tratamento médico que estimuFarmacologista | Cientista que se foca na

Farmacologia. Fisiologia | Estudo de como os seres vivos

funcionam. Gene | Unidade da hereditariedade; um seg-

mento de uma molécula de DNA que contém o código para o fabrico de uma proteína ou, por vezes, uma molécula de RNA.

la o sistema imunitário do paciente para que este ataque e destrua células causadoras de doença. Inflamação | A reação característica do corpo à

infeção ou lesão, que resulta em vermelhidão, inchaço, calor e dor. Ligação química | Força física que mantém

unidos os átomos numa molécula.

Design de Medicamentos | Glossário 53

Local de ação | Local do corpo onde o me-

Organelo | Estrutura especializada e rodeada

dicamento exerce os seus efeitos.

por uma membrana que tem uma função celular

Lípido | Molécula gordurosa ou cerosa que

definida; por exemplo, o núcleo.

não se dissolve em água; contém hidrogénio,

Organismo modelo | Uma bactéria, animal ou

carbono e oxigénio.

planta usados pelos cientistas para estudarem

Lipossoma | Cápsulas lipídicas microscópi-

problemas de investigação básica; os organis-

cas, desenhadas para transportar carga biológi-

mos modelo comuns incluem leveduras, moscas,

ca, como medicamentos, às células do corpo.

vermes, rãs e peixes.

Medicamento | Composto usado para tratar

Péptido | Pequeno fragmento proteico.

uma doença.

Prostaglandinas | Moléculas reguladoras de

Membrana | Fina cobertura que rodeia a célu-

uma classe semelhante às hormonas, solúveis

la e a separa do meio ambiente; consiste numa

em lípidos e produzidas a partir de ácidos gor-

dupla camada de moléculas chamadas fosfolí-

dos, como o ácido araquidónico; as prostaglan-

pidos e tem proteínas embebidas.

dinas participam em funções corporais diversas e a sua produção é bloqueada pelos AINEs.

Metabolismo | Todas as reações que se dão

num ser vivo, que são catalisadas por enzimas

Proteínas | Grande moléculas composta por

e em que se constroem ou degradam moléculas

uma ou mais cadeias de aminoácidos (os blocos

orgânicas, produzindo ou consumindo energia

constituintes das proteínas), com uma ordem es-

no processo.

pecífica e uma forma dobrada que são determinadas pela sequência de nucleótidos do gene que

Metabolito | Intermediário químico em rea-

ções metabólicas; um produto do metabolismo. Neurotransmissor | Mensageiro químico

que permite aos neurónios (células nervosas) comunicarem entre eles e com outras células.

codifica a proteína; são essenciais para todos os processos vitais. Proteína G | Uma proteína que faz parte de um

grupo de interruptores envolvidos num sistema de sinalização que passa mensagens de fora para

Núcleo | Estrutura celular, rodeada por uma

dentro da célula através da membrana celular e

membrana, que contém a maior parte do mate-

também dentro da célula.

rial genético da célula.

Proteómica | Estudo sistemático e a larga esca-

la de todas as proteínas de um organismo.

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Recetor | Molécula especializada que recebe in-

formação do ambiente e a passa a outras partes da célula; a informação é transmitida por um químico específico que tem que encaixar no recetor, tal como uma chave numa fechadura. RNA (ácido ribonucleico) | Molécula que serve

como passo intermédio na síntese de proteínas a partir de instruções codificadas no DNA; algumas moléculas de RNA também têm funções reguladoras nas células e vírus. Sépsis | Problema clínico no qual agentes infec-

ciosos (bactérias, fungos) ou produtos da infeção (toxinas bacterianas) entram no sangue e afetam profundamente os sistemas corporais. Sistema nervosa central | O cérebro e a medu-

la espinal. Tecnologia de DNA recombinante | Técnica

moderna da Biologia Molecular que serve para manipular os genes de um organismo, introduzindo, eliminando ou alterando genes. Toxicologia | Estudo de como as substâncias ve-

nenosas interagem com os seres vivos. Transdução de sinal | Processo pelo qual uma

hormona ou fator de crescimento, fora da célula, transmite uma mensagem para dentro da célula. Vírus | Agente infeccioso composto por uma cáp-

sula proteica que rodeia DNA ou RNA; para se reproduzirem, os vírus dependem de células vivas.

Design de Medicamentos está disponível online em: www.casadasciencias.org e em (versão inglesa): http://publications.nigms.nih.gov/medbydesign.

U.S. DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES National Institutes of Health National Institute of General Medical Sciences Publicação dos NIH N.º 06 474 Reimpresso em julho de 2006 http://www.nigms.nih.gov