Il warfarin (o warfarina) è un composto chimico di formula C19H16O4 che in condizioni normali si presenta come un solido cristallino inodore, incolore e insapore.
Storia La scoperta di questo farmaco è un caso di serendipità: il warfarin (il cui nome deriva dall'acronimo della Wisconsin Alumni Research Foundation) venne scoperto casualmente come prodotto della fermentazione di una specie di trifoglio presente nel foraggio somministrato al bestiame durante l'inverno del 1933 che, a causa della sua particolare rigidità, rendeva pressoché impossibile trovare foraggio fresco per gli allevamenti. Il trifoglio, fermentando, produce dicumarolo, che a causa del suo effetto anticoagulante causò una consistente moria di capi negli allevamenti.
Venne isolato per la prima volta nel 1939 da Harold A. Campbell, assistente di Karl Paul Link, dell'Università del Wisconsin e la struttura molecolare del composto venne determinata, nello stesso anno, da due colleghi di Campbell: Mark A. Stahmann e Charles F. Huebner.
Nel 1940 venne sintetizzato il composto originale e negli anni successivi Link e i suoi colleghi sintetizzarono oltre 100 composti correlati con piccole differenze strutturali che però avevano tutti in comune l'effetto anticoagulante. Proprio uno di questi analoghi, il numero 42, prese successivamente il nome di warfarin.
Nel 1941, Link e colleghi richiesero un brevetto sul potenziale farmaco scoperto. Nei 20 anni successivi Link e colleghi brevettarono oltre 20 composti e processi legati agli anticoagulanti.
Tuttavia il timore che il warfarin potesse essere eccessivamente tossico per l'uomo portò, inizialmente, a utilizzarlo solo come topicida a partire dal 1948. Il warfarin sodico, versione idrosolubile del composto, ottenne l'approvazione all'utilizzo medico nel 1954 con il nome di Coumadin.
Nel 1955 si diffuse la notizia che il composto fu somministrato al presidente Dwight D. Eisenhower a seguito di un Infarto miocardico acuto aumentando così la fama del composto.
L'American Chemical Society (ACS) ha onorato lo sviluppo del warfarin con la designazione di National Historic Chemical Landmark (NHCL) in una cerimonia tenutasi all'Università del Wisconsin Madison, il 12 ottobre 2022.
Caratteristiche strutturali e fisiche Il composto presenta le seguenti caratteristiche:
un donatore di legami a idrogeno 4 accettori di legami a idrogeno 4 legami ruotabili massa monoisotopica = 308.10485899 Da superficie polare = 63.6 Å pressione di vapore = 1.125 × 10−8 mm Hg a 25°C pH compreso tra 7,2 e 8,3
Il composto presenta uno stereocentro che dà origine a due enantiomeri, forme (R) e (S):Rote Liste Service GmbH (Hrsg.): Rote Liste 2017 – Arzneimittelverzeichnis für Deutschland (einschließlich EU-Zulassungen und bestimmter Medizinprodukte). Rote Liste Service GmbH, Frankfurt/Main, 2017, Aufl. 57, ISBN 978-3-946057-10-9, S. 226. Enantiomero di warfarin CAS-Nummer: 5543-58-8 CAS-Nummer: 5543-57-7 La sezione d'urto del warfarin è pari a:
174.29 Ų [M+Na]+ 160.66 Ų [M+H-H2O]+ 164.62 Ų [M+H]+ La refrattività del composto è pari a 86,86 m3·mol−1, mentre la sua polarizzabilità è pari a 31,9 A3.
Il composto si decompone per riscaldamento dando origine a fumi ed esalazioni acri. Il composto ècombustibile e si raccomanda di tenerlo lontano da fiamme libere, nonché di evitare il contatto con agenti fortemente ossidanti. In caso d'incendio ed esplosione i mezzi estinguenti da utilizzare sono: getto d'acqua, schiuma, polvere, biossido di carbonio.
I sali sodico e potassico di warfarin si decolorano se sottoposto alla luce.
Sintesi del composto Il racemo del composto viene preparato mediante la reazione di Micheal tra la 4-idrossicoumarina e il benzilacetone:
C9H6O3 ->[{C10H11O2}] C19H16O4
I composti dell'imidazolidinone permettono la preparazione stereoselettiva.
Reattività e caratteristiche chimiche Il composto risulta:
solubile in: acetone e diossano moderatamente solubile in: metanolo, etanolo, isopropanolo e alcuni oli liberamente solubile in soluzione acquosa alcalina praticamente insolubile in: benzene e cicloesano
Data la presenza dell'enolo acido il warfarin è in grado di dare origine a sali metallici e un acetato (117-118 °C). Il chetone permette la formazione di un'ossima (182-183 °C) e del 2,4-dinitrofenilidrazone (215-216 °C).
L'indice Kovats è pari a 2625, 2586, 2612 e 2625. Il composto non è corrosivo.
Sono disponibili i seguenti spettri analitici del warfarin:
spettro 1H NMR spettro 2D NMR spettro GC-MS spettro MS-MS spettro LC-MS spettro UV spettro IR La carica fisiologica è pari a −1.
Farmacologia e tossicologia Il farmaco viene somministrato per via orale o fleboclisi.
Farmacocinetica Nell’uomo, l’enantiomero S ha un'attività anticoagulante 5 volte maggiore dell’enantiomero R, ma in genere ha una clearance più rapida. I due enantiomeri vengono metabolizzati da due diversi citocromi: il CYP2C9 si occupa del S-warfarin, il CYP3A4 si occupa di quello R. Tali isoenzimi determinano la produzione di metaboliti inattivi che vengono coniugati con acido glucuronico a livello epatico ed eliminati nelle feci e nelle urine.La S-warfarin è 2-5 volte più potente dell'isomero R nel produrre una risposta anticoagulante.
Dopo somministrazione orale, l’assorbimento è sostanzialmente completo e si raggiungono le massime concentrazioni plasmatiche entro 1-9 ore. Approssimativamente il 97% si lega all’albumina presente nel plasma. Il volume di distribuzione è pari a 0.14 L/kg. La fase di distribuzione dura tra le 6 e le 12 ore.
Di solito Coumadin induce ipoprotrombinemia entro 36 - 72 ore e la sua durata d’azione può persistere per 4 - 5 giorni, producendo in tal modo una curva di risposta regolare e di lunga durata.
Il metabolismo del warfarin è sia stereo che regioselettivo. La principale via metabolica prevede diverse reazioni di ossidazione che producono l'80-85% di tutti i metaboliti del warfarin. Il CYP2C9 è il principale enzima che catalizza l'idrossilazione a 6,7-idrossi warfarin (S) mentre l'idrossilazione in posizione 4 avviene mediante il CYP2C18 con un minimo contributo da parte del CYP2C19. L'R-warfarin è metabolizzato a:
4-idrossi warfarin dal CYP2C8 con un piccolo contributo del CYP2C19 6,8-idrossi warfarin da CYP1A2 e CYP2C19 7-idrossi warfarin da CYP1A2 e CYP2C8 10-idrossi warfarin dal CYP3A4
Il 10-idrossi warfarin e il metabolita con l'alcol benzilico subiscono una reazione di eliminazione che produce il deidrowarfarin. Una via metabolica meno utilizzata prevede la riduzione del chetone ad alcol e produce circa il 20% dei metaboliti. La coniugazione è limitata e occorre con i gruppi solfato e acido gluconico, ma questi metaboliti sono stati confermati solo per le R-idrossi warfarine.
Fino al 92% della dose somministrata per via orale è ritrovata nelle urine (80%), principalmente sotto forma di metaboliti. Solo una piccola parte viene eliminata nella forma originale. Il 20% dei metaboliti vengono eliminati con le feci. L'emivita dell'R-warfarin è di 37 - 89 ore, mentre quella dell'S-warfarin è pari a 21 - 43 ore.
Tuttavia l'assorbimento viene rallentato dalla contemporanea assunzione di cibo, ma non ne viene sostanzialmente compromesso.
Differenza farmacocinetica warfarin ed eparina Il warfarin agisce più lentamente dell'eparina anticoagulante comune, sebbene presenti numerosi vantaggi. L'eparina deve essere somministrata per iniezione, mentre warfarin è disponibile per via orale. Warfarin ha una lunga emivita e deve essere somministrato solo una volta al giorno. L'eparina può anche causare una condizione protrombotica, trombocitopenia indotta da eparina (una riduzione dei livelli piastrinici mediata da anticorpi), che aumenta il rischio di trombosi. Il warfarin impiega diversi giorni per raggiungere l'effetto terapeutico poiché i fattori di coagulazione circolanti non sono influenzati dal farmaco (la trombina ha un tempo di emivita di giorni). La lunga emivita di Warfarin significa che rimane efficace per diversi giorni dopo l'interruzione. Inoltre, se somministrato inizialmente senza ulteriore copertura anticoagulante, può aumentare il rischio di trombosi (vedere sotto). Per questi motivi principali, ai pazienti ricoverati il warfarin viene solitamente somministrato insieme ad anticoagulanti che abbiano un'azione più rapida come, per esempio, l'eparina, che copre il periodo di ritardo di 3-5 giorni e viene ritirata dopo alcuni giorni. Farmacodinamica Il warfarin altera la cascata di coagulazione per ridurre la frequenza e l'estensione della formazione di trombi.
Il composto è un antagonista della vitamina K di cui inibisce la produzione agendo sulla vitamina K epossido reduttasi. La vitamina KH2, forma ridotta della vitamina K, è un cofattore utilizzato nella γ-carbossilazione dei fattori VII, IX, X della coagulazione e della trombina. La carbossilazione induce un cambiamento conformazionale permettendo ai composti di legarsi al Ca2+ e alle superfici fosfolipidiche. I fattori non carbossilati risultano inattivi e pertanto interrompono la cascata di coagulazione. L'γ-carbossilazione è necessaria anche per il funzionamento dei fattori di regolazione proteica C, proteina S e proteina Z.
La vitamina KH2 viene convertite nell'epossido della vitamina K nella reazione del processo di γ-carbossilazione catalizzata dalla γ-glutamil carbossilasi. L'epossido della vitamna K viene quindi convertito in vitamina K1 dalla vitamina K epossi reduttasi per poi essere ritrasformata in vitamina KH2 dalla vitamina K reduttasi.
Il warfarin lega la subunità 1 del complesso vitamina K - epossido reduttasi e inibisce irreversibilmente l'enzima bloccando il riciclo della vitamina K. Il processo crea uno stato di ipercoagulazione di breve durata durante il quale le proteine C (emivita = 8 ore) e S (emivita 24 ore) si degradano prima con l'eccezione del fattore VII (emivita = 6 ore).
Successivamente si degradano i fattori IX (emvita = 24 ore), fattore X (emivita = 36 ore) e la trombina (emivita = 50 ore) con un aumento dell'effetto anticoagulante. Al fine di invertire questo processo deve essere somministrata la vitamina K esogena o rimosso l'inibitore al fine di dare il tempo al corpo di sintetizzare nuovi fattori.
Ci vogliono circa 2 giorni affinché il fegato sintetizzi i nuovi fattori. La vitamina K2, dal punto di vista funzionale identica alla vitamina K1, è sintetizzata dai batteri intestinali e pertanto l'utilizzo di antibiotici possono ridurne la produzione.
Farmacogenomica L'attività di warfarin è determinata parzialmente da fattori genetici. I polimorfismi in due geni (VKORC1 e CYP2C9) svolgono un ruolo particolarmente importante in risposta al warfarin.
VKORC1 I polimorfismi VKORC1 spiegano il 30% della variazione della dose tra i pazienti: Particolari mutazioni rendono VKORC1 meno suscettibile alla soppressione da warfarin. Esistono due aplotipi principali che spiegano il 25% della variazione: gruppo di aplotipi a basso dosaggio (A) e un gruppo di aplotipi ad alto dosaggio (B). I polimorfismi VKORC1 spiegano perché gli afroamericani sono in media relativamente resistenti al warfarin (percentuale maggiore di aplotipi del gruppo B), mentre gli americani asiatici sono generalmente più sensibili (percentuale maggiore di aplotipi del gruppo A). I polimorfismi del gruppo A VKORC1 portano a un raggiungimento più rapido di un INR terapeutico, ma anche a un tempo più breve per raggiungere un INR oltre 4, associato a complicanze emorragiche.
CYP2C9 I polimorfismi del CYP2C9 spiegano il 10% della variazione della dose tra i pazienti, principalmente tra i pazienti caucasici in quanto queste varianti sono rare nelle popolazioni afroamericane e nella maggior parte degli asiatici. Questi polimorfismi del CYP2C9 non influenzano il tempo di INR efficace rispetto a VKORC1, ma riducono il tempo per cui INR è oltre i 4.
Test farmacogenomici