Vielversprechende Komponenten können durch ein Massenscreening von Hunderten oder Tausenden von Molekülen auf ihre biologische Aktivität hin identifiziert werden. Die Kenntnis der spezifischen molekularen Pathophysiologie von Erkrankungen erlaubt ein rationales Design von Wirkstoffen durch Computermodellierung oder Änderungen an bestehenden pharmazeutischen Substanzen.
In der frühen Entwicklung werden potenziell nützliche Substanzen an Tieren getestet, um erwünschte Wirkungen und Toxizität zu beurteilen. Substanzen, die wirksam und sicher erscheinen, sind Kandidaten für Humanstudien. Ein Prüfplan, der die klinische Studie beschreibt, muss z. B. durch ein zuständiges Institutional Review Board (IRB, entspricht der Ethikkommission in Deutschland) und die FDA (Food and Drug Administration, amerikanische Gesundheitsbehörde) genehmigt werden, die dann eine IND-Ausnahmegenehmigung (Investigational New Drug, Zulassung des Arzneimittels zum Gebrauch in der Studie) erteilt. Allerdings kann das Arzneimittel bis zur Zulassung z. B. durch die U.S. Food and Drug Administration nicht verkauft werden. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Patentlaufzeit der Substanz, die dem Patentinhaber gewöhnlich für 20 Jahre die exklusiven Rechte gibt.
In Phase 1 werden die Sicherheit und Toxizität beim Menschen untersucht: Eine kleine Anzahl (häufig 20 bis 80) gesunder, junger Probanden erhält unterschiedliche Mengen der Substanz, um die Dosis zu ermitteln, bei der erstmals toxische Effekte festgestellt werden.
In Phase 2 wird festgestellt, ob die Substanz bei der Erkrankung, gegen die sie gedacht ist, wirksam ist. Das Präparat wird zur Behandlung oder Prävention der betreffenden Erkrankung verabreicht. Ein weiteres Ziel ist die Bestimmung des optimalen Dosis-Wirkungs-Bereichs.
In Phase 3 wird die Wirkung der Substanz in größeren, heterogeneren Populationen (häufig Hunderte bis Tausende von Probanden) mit dem Ziel untersucht, die Wirksamkeit auch im klinischen Gebrauch des Arzneimittels zu belegen. In dieser Phase wird die Substanz auch mit bestehenden Behandlungsmöglichkeiten, einem Plazebo oder beidem verglichen. An diesen Studien können Universitätskliniken, Krankenhäuser, praktizierende Ärzte und eine Vielzahl von Forschungseinrichtungen beteiligt sein. Das Ziel ist, die Wirksamkeit zu verifizieren und weitere – positive oder negative – Wirkungen aufzudecken, die in Phase 1 und 2 nicht beobachtet werden konnten.
Wenn genügend Daten erhoben wurden, um die Zulassung der Substanz zu rechtfertigen und zu beantragen, kann bei der U.S. Food and Drug Administration, bei der europäischen Zulassungsbehörde (www.EMEA.EU.int) oder der nationalen Zulassungsbehörde ein Antrag auf Arzneimittelzulassung eingereicht werden. Der Prozess von der frühen Entwicklung bis zur Zulassung eines Arzneimittels dauert häufig bis zu 10 Jahre.
Nach Zulassung und Markteinführung des Arzneimittels können in Phase 4 (Überwachung nach Markteinführung, Pharmakovigilanz) neben der fortdauernden Berichterstattung über unerwünschte Wirkungen auch Studien durchgeführt werden. Die Phase 4 umfasst im Gegensatz zu den Phasen 1 bis 3 meist größere Populationen und längere Zeiträume, wodurch seltene oder sich langsam entwickelnde unerwünschte Wirkungen eher erkannt werden als bei kürzeren, kleiner angelegten Studien. Auch unterliegt die Anwendung des Arzneimittels im klinischen Alltag nicht den Beschränkungen der engen Aufnahmekriterien von Patienten in klinische Studien; Arzneimittel werden auch Patienten mit einem höheren Risiko für unerwünschte Wirkungen gegeben. Häufig werden hier spezielle Subpopulationen (z. B. schwangere Frauen, Kinder, Ältere) untersucht. Einige Arzneimittel, die nach der Phase 3 von der U.S. Food and Drug Administration oder anderen Zulassungsbehörden zugelassen wurden, werden wieder vom Markt genommen, nachdem in Phase 4 schwere unerwünschte Wirkungen aufgetreten sind.
