L’insegnamento passa in rassegna l’applicazione delle tecnologie principali allo sviluppo ed alla convalida dei metodi analitici per la caratterizzazione dei critical quality attributes che garantiscono l’efficacia e la sicurezza dei prodotti farmaceutici. Le metodologie vengono approfondite secondo il concetto quality by design, per cui verranno forniti ulteriori strumenti nell'insegnamento Statistica e chemiometria. Le esercitazioni coinvolgono lo studente, anche con lavori di gruppo, per l’assimilazione critica dei contenuti delle lezioni.
Argomenti: Tecniche di base del laboratorio - Sviluppo dei metodi cromatografici - Cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa - Metodi multivariati (NIR) - Ricerca delle impurezze - Studi di degradazione e stabilità - L'errore sperimentale e la convalida delle procedure analitiche - Dissolution test - Certificato di analisi e fissazione delle specifiche - Le farmacopee.
Metodi Analitici in Drug Discovery
L’insegnamento è incentrato su alcune metodiche analitiche utili nella ricerca e sviluppo di nuovi principi attivi. In particolare, saranno presentati saggi di screening ad alto rendimento (HTS) per valutare l'attività biologica di librerie di composti rispetto a un pannello di bersagli molecolari, metodi per la determinazione delle proprietà fisico-chimiche e farmacologiche di nuove molecole biologicamente attive. Saranno inoltre illustrati metodi come la spettrometria di massa, l’ NMR, la spettroscopia Raman e i metodi biofisici come surface plasmon resonance spectroscopy (SPR) e isothermal titration calorimetry (ITC) per lo studio di interazione farmaco-proteine. Durante le lezioni saranno presentati casi di studio per meglio comprendere le potenzialità delle diverse metodiche.
Argomenti: High Throughput Screening in Drug Discovery, metodi biofisici in drug discovery, principi dell’NMR, applicazioni e NMR nell’interazione farmaco-proteina, Mass Spectrometry Imaging nella Ricerca Farmaceutica, Proteomica Strutturale Mediante HDX-MS: Teoria e applicazioni in campo farmaceutico, spettroscopia Raman.
Caratterizzazione Chimico Fisica
Tecniche termiche di analisi
L’insegnamento passa in rassegna le tecniche termoanalitiche per la caratterizzazione di solidi di interesse farmaceutico, ossia la termogravimetria, la calorimetria differenziale a scansione e la termomicroscopia ottica. Lo scopo della lezione è familiarizzare i giovani ricercatori in ambito farmaceutico sui principi di base e sulle applicazioni di queste metodologie di analisi allo stato solido, indicandone le potenzialità come tali o in accoppiamento con tecniche spettroscopiche o gas cromatografiche.
Argomenti: Termogravimetria TGA: principi di base. Diagramma a blocchi dello strumento e suo funzionamento. Termogrammi e loro punti caratteristici. Parametri operativi e loro influenza sulle caratteristiche dei termogrammi. Case studies – Calorimetria differenziale a scansione DSC: principi di base. Diagramma a blocchi dello strumento e suo funzionamento. Curve calorimetriche e loro punti caratteristici. La temperatura di onset. Calibrazione dello strumento calorimetrico. Determinazione della variazione di entalpia dall’area dei picchi. Parametri operativi e loro influenza sulle caratteristiche dei termogrammi. Case studies - Termomicroscopia: principi di base. Diagramma a blocchi dello strumento e suo funzionamento. Case studies. – Tecniche accoppiate di analisi termica e accoppiamento delle tecniche TGA e DSC con tecniche spettroscopiche e gascromatografiche. Case studies.
Solubilità e stato solido
L’insegnamento si propone di definire la solubilità dal punto di vista chimico-fisico e di dare alcune indicazioni per la determinazione sperimentale della solubilità apparente e pH-dipendente. Vengono inoltre indicate le relazioni tra solubilità e stato solido per fasi solide anidre e solvate, e discusse la relazione di stabilità tra polimorfi e le loro implicazioni sulla solubilità. Come esempio di metodi impiegati per aumentare la solubilità di farmaci viene riportato l’uso di agenti complessanti quali le ciclodestrine.
Argomenti: Definizione di solubilità all’equilibrio. Come determinare sperimentalmente la solubilità di un solido in un liquido all’equilibrio. Solubilità e stato solido per farmaci anidri e solvati. Case studies. - Relazione di stabilità tra polimorfi. Case studies. Polimorfismo e solubilità. - Solubilità e pH per elettroliti deboli di natura acida, basica o anfotera. - Uso di agenti complessanti per aumentare la solubilità acquosa di un farmaco poco solubile. Studi di solubilità di fase. Case studies.
Analisi dei Campioni Biologici
L’insegnamento fornisce un’ampia parte di tipo teorico sulle principali tecniche di preparazione del campione complesso per poi approfondire le applicazioni in forme farmaceutiche e campioni biologici, con particolare attenzione all’identificazione di metaboliti nelle varie fasi di progettazione e sviluppo di un farmaco. L’analisi di matrici vegetali viene affrontata dal campionamento al controllo del prodotto finito. Tutte le lezioni di tipo applicativo sono approfondite con riferimenti di letteratura, casi di studio o aspetti regolatori, anche con il coinvolgimento degli studenti nella risoluzione di problemi.
Argomenti: La preparazione del campione farmaceutico – Metabolite identification in Drug Development - Metabolite identification in Drug Discovery – La preparazione del campione biologico: casi di studio – Analisi di matrici vegetali – A CRO perspective of ADME characterization during the Drug Discovery phase: issues & caveats
Sistemi di Qualità
EU Guidelines for GMP - Volume 4, Chapter 1: Pharmaceutical Quality System.
“Quality Management is a wide-ranging concept, which covers all matters, which individually or collectively influence the quality of a product. It is the sum total of the organised arrangements made with the objective of ensuring that medicinal products are of the quality required for their intended use. Quality Management therefore incorporates Good Manufacturing Practice”..
Guidance for Industry ICH Q10: Pharmaceutical Quality System.
“This guidance applies to the systems supporting the development and manufacture of pharmaceutical drug substances (i.e., active pharmaceutical ingredients (APIs)) and drug products, including biotechnology and biological products, throughout the product lifecycle”.
Implementation of the Q10 model should result in achievement of three main objectives that complement or enhance regional GMP requirements:
1. Achieve Product Realization; 2. Establish and Maintain a State of Control; 3. Facilitate Continual Improvement.
L’insegnamento discutera’ l’implementazione e I vari aspetti del Sistema Qualita’ nelle fasi di Sviluppo, Trasferimento di Tecnologia e Produzione commerciale del Farmaco.
Argomenti: Componenti del Sistema di Qualità; Process & Product understanding & Control; Deviazioni & CAPAs; Change Management – Quality by Design – Quality Risk Management - Data Integrity - Quality unit & Qualified Person, Ispezioni Regolatorie - Officina Farmaceutica importazione e rilascio del Farmaco – Outsourcing & Audits - Quality Agreement - Visual Management and Lean Lab.
Statistica e Chemiometria
L’insegnamento è articolato in due sezioni dedicate alla trattazione e alla pratica degli strumenti necessari per lo studio di dati chimico-farmaceutici e per la progettazione razionale degli esperimenti. Nella prima metà del corso sono illustrati gli strumenti più utilizzati per l’analisi univariata dei dati nel contesto dell’analisi farmaceutica e della fabbricazione dei medicinali in generale.
Oltre a riprendere in modo pragmatico gli strumenti della statistica descrittiva ad una variabile, si approfondisce l’uso dei test di ipotesi (Z, T-test, F-test), dell’ANOVA e della analisi di regressione per quanto di attinenza alla convalida dei metodi analitici per la caratterizzazione dei critical quality attributes che garantiscono efficacia e sicurezza dei prodotti farmaceutici, con specifico riferimento e in collegamento con l’insegnamento 2- Metodi analitici.
Nella seconda parte dell’insegnamento, si illustrano gli strumenti più comunemente utilizzati per progettare esperimenti (Design of Experiments, DoE) nello sviluppo di metodi e di prodotti farmaceutici applicando il concetto del quality by design (QbD).
I docenti mettono a disposizione materiale didattico e software open source originali, elaborati appositamente per svolgere esercitazioni di calcolo sia con simulazioni numeriche sia con analisi di dati di casi di studio autentici.
Argomenti: Statistica descrittiva univariata, statistica inferenziale univariata, analisi della regressione, ANOVA a una via e a più vie. Progettazione razionale degli esperimenti: disegni fattoriali completi, fattoriali frazionari, response surface methodology, piani D-ottimali, piani di miscele.
Farmaci Biologici/
Biotecnologici
L’insegnamento affronta le diverse classi di farmaci biologici trattando dapprima gli aspetti strutturali peculiari ed i ‘critical quality attributes’ delle singole classi (e.g. farmaci proteici, vaccini, anticorpi monoclonali, ADC, farmaci a RNA, terapia genica). Vengono quindi descritte le fasi di sviluppo e di convalida dei metodi analitici per la loro caratterizzazione, con approfondimenti sugli aspetti regolatori specifici di questa vasta e complessa categoria di farmaci che costituisce oggi una fetta ampia ed in espansione del mercato farmaceutico.
Al termine dell’insegnamento sono previste esercitazioni che consentono allo studente di assistere live all’acquisizione e all’elaborazione dei dati LC-MS di analisi di proteine terapeutiche sia con approccio bottom-up che top-down.
Argomenti: Cromatografia per proteine (HILIC, RP, IEX, SEC, AC) - Sviluppo dei metodi cromatografici – Cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa – Interpretazione spettri di HRMS e MS/MS per analisi di proteine intatte e peptidi – definizione dei critical quality attributes - Studi di degradazione e stabilità – Le linee guida per farmaci biologici.
Special Topics
L’insegnamento è in chiusura del master e ha lo scopo di approfondire argomenti trasversali a quelli già svolti. È un topic con approfondimenti anche potenzialmente differenti di anno in anno, ma con attualmente la costante di argomenti teorici (linee guida, regolamenti, applicazioni) ed esercitazioni in remoto. Si parlerà di sviluppo e validazione di processi di cleaning industriali, di requisiti e materiali per diversi tipi di campionamento, di entità chimiche presenti o rilasciate da materiale di packaging o da devices in condizioni normali di conservazione o test di stabilità accelerata con le relative tecniche di estrazione e di analisi per la determinazione di queste sostanze e la valutazione della loro tossicità. In aggiunta si tratterà di sviluppo di processi di produzione e di gestione della qualità di un prodotto. Infine verranno trattati i medical devices. Le lezioni sono anche integrate da una parte di esercitazioni singole condotte in remoto sotto la guida del docente di riferimento.
Argomenti: Cleaning validation – Campionamento e piani di campionamento – Leachable and extractable+ Esercitazioni – Process Analytical Technology/Real time release – Medical devices.