prednášky – zimný semester 2015 - fpharm.uniba.sk · cieľ osvojiť si základné princípy...

Všeobecná biológia

Katedra farmakológie a toxikológie, Farmaceutická fakulta

Ústav farmakológie a klinickej farmakológie, Lekárska fakulta

Univerzita Komenského v Bratislave

FarmakológiaUK Bratislava

Prednášky – zimný semester 2015

Cieľ

Osvojiť si základné princípy bunkovej a molekulárnej biológie

Zoznámiť vás s širokou škálou technológií, ktoré sa používajú vexperimentálnom štúdiu bunkových a intracelulárnych procesov

FarmakológiaUK Bratislava

Základné východiská predmetu

Katedra farmakológie a toxikológie

Prednášky: pondelok 7.30-9.45

AulaCvičenia: podľa rozpisu

utorok-stredaučebňa č. 105

Podmienky pre absolvovanie predmetu

Cvičenia: aktívna účasťprotokolyúspešné absolvovanie testu

Skúška: aktívna účasťprípravaúspešná odpoveď

Základné východiská predmetu

Garant: prof. PharmDr. Ján Kyselovič, CSckyselovic@uniba.sk

Učitelia: Dr. Ondrej Sprušanský,PhD

sprusansky@fpharm.uniba.sk

RNDr. Peter Musil, PhD

musil@fpharm.uniba.sk

PhD študenti: Mgr. Adam Matejovič

Študijná literatúra

1. Učebnice Biológie pre základné a stredné školy

2. Prednášky a cvičenia

3. Vysokoškolská učebnica biológie pre farmaceutické, medicínske, prírodovedecké a iné fakulty vydaná po roku 2005

4. Internet

1. Prednáška

Postavenie predmetu biológie v farmaceutickom štúdiu a vednom odbore Farmácia

1. Predmet biológie, jej história a súčasnosť, rozdelenie biologických vied

Definícia predmetu Biológia– klasická - štúdium všetkého živého

- súčasná - štúdium základných vlastnosti a funkcií živej hmoty

1. Prednáška

Postavenie predmetu biológie v farmaceutickom štúdiu a vednom odbore Farmácia

Východisko pre nadväzujúce medicínske disciplíny:fyziológia, patológia, biochémia, imunológia, mikrobiológia, molekulárna a všeobecná farmakológia, klinické disciplíny

Základ chápania účinkov biologicky aktívnych molekúl - liečiv

Pharmacy in challenging times

„Náročný, odvážny, vyzývajúci, drzý, provokujúci“

FarmakológiaUK Bratislava

Súčasný stav

Očakávaná dĺžka života vs náklady na lieky

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

1950-

1955

1955-

1960

1960-

1965

1965-

1970

1970-

1975

1975-

1980

1980-

1985

1985-

1990

1990-

1995

1995-

2000

2000-

2005

WHO, 2007

Vek [roky]

nárast [%]

600

500

400

300

200

100

0

Predpokladaný vek

Výdavky na lieky

KFTFaF UK Bratislava

Leading Companies by Sales Globally 2010

Source: IMS Health Midas, (December 2010)Pharmalive, (August 2011)

Výdavky na vývoj a výskum liečiv 1995-2012

Biológia vs Farmácia

Bunky

Proteínová funkciaSignálne dráhy

liečivo

Expressia génov

Tkanivá

Orgány

Molekulárna diagnostika Klinická prax KFTCU Bratislava

Úloha liečiva

História morfia

3 st p.n.l Theophrastus – arabský lekár definoval ópium

1680 Sydenham napísal: „Medzi liekmi, ktoré nám boh dal pre zmiernenie ľudského utrpenia, nie je žiadne tak univerzálne a účinné ako ópium“" 1806 Serturner izoloval morfium (po Morpheusovi gréckom bohu spánku)

1832 Robiquet izoloval - kodeín a 1848 Merck papaverine

1939 – Eislib prvá syntetická látka podobná morfínu petidín

1940-2000 široká škála klinicky používaných opioidov

1970 Endogénny opioidný systém

1973 Pert and Snyder; Simon ; Terenius Morfínový receptor

1975 Hughes identifikoval enkefalín neskôr dynorfíny a endorfín

1994 klonované 4 typy: m, d, k a nociceptín/orfanín FQ (N/OFQ) receptory

2000 IPHAR prijal MOP, DOP, KOP NOP receptory

Chemická štruktúra derivátov morfia

O

HO

H

NH

CH3

HO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

Morphine (Astramorph)

HO- Group is needed for activity

HO- Group not important to activity

O

HO

H

NH

CH3

HO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16 O

AcO

H

NH

CH3

AcO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

Morphine (Astramorph)Heroin (Diamorphine)(2X as potent as morphine)(Conversion of two -OH groups to -OAcfacilitates crossing of the BBB)

Easily enzymatically hydrolyzed to AcOH and HO-ArHO- Group is needed for activity

HO- Group not important to activity

O

H

NH

CH3

CH3O1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

Hydrocodone(much more potent than codeine)

O

O

HO

H

NH

CH3

HO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

Morphine (Astramorph)

HO- Group is needed for activity

HO- Group not important to activity

O

O

OH

NH

CH3

CH3O

-OH group increases potencyOxycodone (Percocet)(equal to morphine in potency)

CH3 group reduces potency

Reduced C=C

oxidized OH O

CH3O

NH

CH3

CH3O

O

OH

NH

CH2

HO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

HC

Naloxone

CH2O

O

HO

H

NH

CH2

HO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

HC

Nalorphine

CH2

O

OH

NH

CH2

HO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

Naltrexone

O

O

HO

H

NH

CH3

HO1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

Morphine (Astramorph)

HO- Group is needed for activity

HO- Group not important to activity

O

HO

H

NH

CH3

CH3O

Codeine (5X LESS potent than morphine)

Inefficiently converted to HO group in the liver

Genomika a proteomika morfínových receptorov

KFTKU Bratislava

A

B

C

D

Genomika a proteomika morfínových receptorov

Patofyziológia bolesti

molekulárna biológia vitamínu D

zink finger doména steroidného receptorunaviazaná na špecifickú sequenciu DNA

Zinc Finger Motívy

Pharmacy in challenging times

„Náročný, odvážny, vyzývajúci, drzý, provokujúci“

FarmakológiaUK Bratislava

Východiská súčasného vývoja a výskumu liekov

Pondelok 26. júna 2000 – mediálne oznámenie najväčšiehovedeckého objavu ľudstva - sekvenovanie ľudského genómu.

J. Craig Venter & Dr. Francis Collins

Our age may be known to history as the age of genetic medicine, a time when many of the most feared illnesses were overcome.”

T. Blair, Primary Minister GB June 26, 2000

It is now conceivable that our children's children will know the term cancer only as a constellation of stars.”

B.Clinton, President USAJune 26, 2000

Vyjadrenia politikovVyjadrenia politikov

J.Watson & F. Crick1963

Východiská súčasného vývoja a výskumu liekov

Od 1965Analýza génov

ok ** ** **ok1 2 4 53

1990Gény ako technológia

80 85 90 95 99

10

50

2000Gény ako lieky

80 85 90 95 00

20

60

>2000 Post-genomické technológie

Môj Pane, identifikovali ľudský genóm

Hnusní hakeri, musím hneď zmeniť heslo

KFTFaF UK Bratislava

Hardy J, Singleton A, 2009 NEJM

Hardy J, Singleton A, 2009 NEJM

Koncepcia „personalizovanej medicíny”

Masívny paralelná individuálna genotypizácia~1 million SNAPs za << 500 €

Možnosť kompletného sekvenovania 2x3 mldbáz individuálneho genómu do 3 roky za cenu~ 1,000 €

Možnosť paralelného stanovenia tisícky proteínov za menej ako 1 000€

KFTFaF UK Bratislava

Genomika a proteomika súčasný stav

Predpoklad Diagnóza Predikcia

Personálna terapia

"Here's my

sequence...”

New Yorker, 2005

Len približne 3-5% z ľudskej DNA kódujú funkčné gény.

Gény sú vsunuté do dlhých úsekov ne-kodújúcej DNA a majú veľmi nepravidelné usporiadanie.

Častá je prítomnosť opakovaní, pseudo-géno a intrónov, ktoré tvoria veľmi problematické oblasti DNA.

Počet génov človeka

Celera len ~30,000 génov (25 647)

Affymetrix GeneChips ~ 60,000 génov

GenBank ~ 49,000 génov kódujúcich sekvenciu

UniGene ~ 89,000 sekvencií

Problémy s génmi

Súčasná problematika genomiky a proteomiky

6. Spetember 2012- The ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements)

32 vedeckých skupín s viac ako 440 vedcov

Problémy s proteínmi

Farmakológia antiagregačných/protidoštičkových liečiv

Michelson A.D. Hematology2011

Regeneratívna medicína

Peter Paul RubensPriviazaný Prometheus1610/1611

Regenerative Medicine is the process of creating living, functional tissues to repair or replace tissue or organ function lost due to age, disease, damage, or congenital defects.

Medicine

Bioengineering

Chemical Engineering

Developmental BiologyMolecular Biology

Drug Delivery

Physiology

Biochemistry

Genomics

Proteomics

Nanotechnology

Regenerative MedicineMaterials Science

Medical innovations

Stem cells are the seeds of tissue repair and regeneration and a promising source for novel therapies.

Cell Therapy Tissue Engineering

Regenerative Medicine

Regenerative Medicine

Regenerative Medicine

Problems:

Difficult to establish and maintain stem cells

Difficulty in obtaining pure cultures from dish

Potential for tumor formation and tissue destruction

Questions regarding functional differentiation

Immune rejection

Genome instability

Enthusiastic and perspective preclinical, but modest clinical results

Ethically contentious

Differentiation

Source of cells for cell therapy

Therapeutic Cloning:

Organogenesis

Differentiation

Source of cells for cell therapy

c-Myc, Oct3/4, SOX2, and Klf4

Differentiation

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

vysoká mierna malá

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Regeneratívna medicína

Nature Med 14:213–221. 2008,.

2. Prednáška

2. Pôvod života, chemická evolučná teória, pôvod buniek a mnohobunkových organizmov.fylogenéza.