Chimica Farmaceutica e Tossicologica 2

• Funghi: tassonomia, patogeni, micosi

• Struttura parete cellulare;

• Principali targets antimicotici :

• Antibiotici polienici;

• Allilamine, gliseofulvina, pirrolonitrina;

• Azoli.

I funghi sono organismi “eucarioti” (presenza di membrana nucleare

con più di un cromosoma), chemiosintetici, eterotrofi, diversi dai

batteri, che sono invece “procarioti” (assenza di membrana nucleare

e presenza di un solo cromosoma); diversa composizione della parete,

struttura dei ribosomi, dimensioni cellulari (più grandi nei funghi

che nei batteri) e riproduzione. Oltre 200.000 differenti specie di

funghi partecipano al riciclo delle sostanze organiche in natura, ma

fortunatamente solo pochi di questi causano malattie negli uomini.

1. Ipersensibilità: reazione allergica a sostanze dei funghi e relative

spore in seguito a sensibilizzazione per inalazione o ingestione di

materiale fungino.

2. Micotossicosi: avvelenamento dovuto a cibo contaminato da

miceti che producono tossine (ad esempio, aflatossine).

3. Micetismo: avvelenamento da ingestione diretta di funghi tossici

ritenuti erroneamente eduli (basidiomiceti come Amanita

phalloides).

4. Micosi: Malattia fungina dovuta ad invasione e danno dei tessuti

dell’ospite.

1. Micosi superficiali: pelle e annessi cutanei, <

risposta infiammatoria. importanza estetica,

patologica soggetti immuno compromessi (HIV+)

(Pitiriasi versicolor, nera)

2. Micosi cutanee: strati cheratinizzati e profondi

della pelle, annessi cutanei e mucose con danni

tissutali e reazione infiammatoria (piede d’atleta,

onicomicosi).

3. Micosi sottocutanee: Infezioni profonde→ tessuto

connettivo, sottocutaneo e osseo, reazione

immunitaria, raramente evoluzione sistemica.

(feoifomicosi, cromo- blastomicosi, sporotricosi).

4. Micosi opportunistiche: funghi normalmente

commensali, in pazienti debilitati da altre

patologie (diabete, neoplasie) o immunodepressi o

portatori di dispositivi protesici impiantati o

cateteri vascolari (Candida spp. e Cryptococcus

neoformans, muffa Aspergillus spp.)

5. Micosi sistemiche e/o profonde: Infezioni,

solitamente a livello polmonare, coinvolgimento

degli organi interni e della cute (micosi

disseminate o sistemiche) con forte reazione

immunitaria, associate ad elevata mortalità in

ospite immunocompromesso, micosi endemiche

(istoplasmosi, blastomicosi, coccidioidomicosi ma

anche candidosi, aspergillosi e criptococcosi).http://www.mycology.adelaide.edu.au/Mycoses/

gra

vit

à

• Candida spp.

Candidosi invasive è la forma di micosi nosocomiale più comune

generalmente conseguenza di infezioni da cateteri in pazienti

immunodepressi in trattamento antileucemico con prolungata disfunzione

midollare ossea e neutropenia (mortalità fino al 75%). C. glabrata, C. krusei,

C. tropicalis, e C. parapsilosis competono ormai con C. albicans nelle

infezioni più diffuse. Circa il 90% dei pazienti affetti da AIDS soffre di

candidosi orale o esofagea.

• Cryptococcus neoformans.

Questo microorganismo vegeta nelle feci dei piccioni e si propaga agli

umani probabilmente per inalazione (aereosol).

• Aspergillus spp. (Opportunistic Filamentous Fungi).

Fungo filamentoso opportunstico; infezione polmonare contratta da pazienti

neutropenici per inalazione delle spore; nei casi più severi sono interessati

anche altri organi.

Resistenza.

•simile a quella di altre terapie (antiinfettive o antitumorali); recente

identificazione di spp di candida causa di candidosi sistemiche resistenti al

fluconazolo.

Unicellulari, eucarioti,

aerobi-anaerobi, eterotrofi;

riproduzione spore-conidi;

forma singola (lieviti),

colonie (muffe); parete;

vivono strati superficiali

suolo, commensali

Tunica(cellulosa,

lignina,

cheratina)

A) polimero di glucano (legami b-1,3); B) chitina (legami b-1,4)

chitosano

Membrana citoplasmatica e steroli

Provitamin D2, ergosta-

5,7,22-trien-3β-ol

vitamina D2

(ergocalciferolo)

vitamina D3

(colecalciferolo)

biosynthesis of ergosterol from squalene in C. albicans

C14 demetilasi

D14 reduttasi

C4 demetilasi

C4 demetilasi

Lanosterolo

Zymosterolo

D24 metiltransferasi

D8 - D7 metiltransferasi

D5,6 desaturasi

D22,23 desaturasi

Fecosterolo

Episterolo

Ergosterolo(~10% del peso secco

di una cellula fungina)

D24(28) reduttasi

squalene

Squalene epossidasi

Squalene epossidoossidosqualene ciclasi I

Lanosterolo sintasi

Cole

ste

rolo

Sintesi parete echinocandine

Funzionalità membrana polieni

Sintesi ergosterolo azoli

Sintesi acidi nucleici pirimidine

Caspofungina

Micafungina

Anidulafungina

Amfotericina B

Nistatina

Pimaricina

Ketoconazolo

Fluconazolo

Itraconazolo

Voriconazolo

Posaconazolo

inibizione della β1,3 glucano

sintasi e aumento della

permeabilità della parete

cellulare e alla lisi cellulare.

Si legano all’ergosterolo

incorporato nella membrana

cellulare fungina creando

pori e depolarizzazione

Interferiscono con la

sintesi degli steroli

attraverso l’inibizione

della C-14a demetilasi

lanosterolo → ergosterolo.

convertita in fluoro uracile

(5-FU) dalla citosina

deaminasi e successivamente

convertite in 5-fluorouridina

trifosfato viene incorporata

nell’RNA e interferisce con la

sintesi proteica.

5-flucitosinaSintesi proteine

sordarine

Funzionalità

microtubuli

griseofulvina

lipopeptide semisintetico (da intermedio di

fermentazione del fungo Glarea lozoyensis)

Appr. 2001: infezioni resistenti (amphotericin B,

traconazolo) da Aspergillus.

Inibisce la biosintesi del β(1,3)-D-glucano,

componente essenziale della parete cellulare di

funghi filamentosi. β(1,3)-D-glucano non è

presente nelle cellule dei mammiferi.

Micafungin (C56H71N9O23S)

(Mycamine, ev (50mg ,300))

Appr. 2005: Trattamento della candidosi e aspergillosi

invasive.

Profilassi in trapiantati.

Echinocandine esapeptide ciclico

Caspofungina (acetato,

C56H96N10O19)

(Cancidas, ev (50mg ,660))

Anidulafungina(C58H73N7O17

(Ecalta, ev (100mg ,625)))Appr. 2005: Trattamento

delle candidosi invasive in

pazienti adulti

esapeptide ciclico

MACROLIDI POLIENICI

❑ Identificati ‘50-’60; AB/AM polienici

❑ Struttura: lattone macrociclico; cromoforo costituito da 4, 5, 6 o 7 doppi

legami coniugati; in molti casi contengono un amminozucchero

❑ Proprietà: sostanze anfotere o neutre; amfifiliche. Poco solubili in acqua e

nei comuni solventi organici, ma discretamente solubili in DMF, DMSO e PY

O

O

O

O O

OH

OH

OH

OH OH

OH

OH OHCH3

OH

CH3

CH3

O CH3

OH

NH2

OH

REGIONE LIPOFILA

REGIONE IDROFILA

Micosaminile

FUNZIONE LATTONICA

1 3 5 710

1113

15

16

20

19

222426283032

34

35

36

37

NISTATINA

(Mycostatin, Fasigin N (+Tinidazolo),

Inimur, Macmiror (+Nifuratel))

C46H77NO19

(CICLO A 38 TERMINI)

17 C

17 atomi

Nome Formula bruta Streptomyces

Tetraeni

(lmax ~

300 nm)

Nitamicina (pimaricina)

Additivo alimentare E235C33H47NO13

Str.

natalensis

Lucensomicina C36H53NO13 Str. lucensis

Nistatina C46H77NO19 Str. noursei

Pentaeni

(lmax ~ 340 nm)

Filipin(a)

colorante istochimico (colesterolo)C35H58NO11

Str.

filipinensis

Eptaeni

(lmax ~ 380 nm)

Candicidina (particolarmente

attiva verso Candida albicans)C59H84N2O18 Str. griseus

Amfotericina B C46H73NO20 Str. nodosus

Attivi su miceti ed alcuni protozoi, inattivi sui batteri;

EPTAENI > 10 volte PENTAENI & TETRAENI; meno dannosi verso le membrane

cellulari; si legano agli steroli della membrana cellulare, alterandone la

permeabilità

Usi: soprattutto nelle micosi sistemiche; Tossicità: Emolitici per via parenterale

http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=H11LP48mbTI&NR=1

Amfotericina B

ANTIMICOTICI PER USO TOPICO

Agiscono sulla membrana cellulare

N

OH

I

Cl

Cliochinolo

Diproform (+betametasone),

Locorten (+flumetasone)

OH

O NH

N-fenilsalicilanilide

N(CH3)2(H3C)2N

NH3C CH3

Cl

Violetto di Genziana

Acido undecilenico (Zn) + acido usnico

Foot zeta, Micofoot zeta

N

NH2OH

OH

CH2(CH2)4CH3

Acrisorcina

acridina+esilresorcina

(ritirato USA)

+O

O

O

O

O

OH

OH

O

OH

TINEA PEDIS (Trichophyton mentagrophytes , Tinea del piede; piede dell'atleta)

ANTIMICOTICI PER USO TOPICOAgiscono sulla membrana cellulare

NH2

NH2

H2N

H2N

OH

HOCH2CH2SO32

Cl

Cl Cl

O

I

Haloprogin

Idrossistilbamidina isetionato(utilizzata nelle Blastomicosi,

(Blastomyces dermatitidis) e DNA

(biofilms, matrice extracellulare)

(inib. uptake cellulare di O2)

H3C N

S

O

CH3

TOLNAFTATO

O-2-naftil metil(3-

metilfenil)tiocarbamato)

N

CH3 C

H3CCH3

CH3

TERBINAFINA Daskil, Lamisil, Micutan

Inibitori della Squalene Epossidasi

ALLILAMMINE

N

CH3

N

CH3 C

H3CCH3

CH3

Naftifina(2E)-N-methyl-N-(1-naphthylmethyl)-3-

phenylprop-2en-1-amine

(Suadian)

Terbinafina

(Lamisil cpr, crema; Daskil cpr, crema; Micutan & equiv)

❑ Attività antifungina ad ampio spettro, uso topico (micosi cutanee da dermatofiti,

lieviti, pitiriasi versicolor) e uso sistemico (terbinafina) (onicomicosi, tinea pedis,

cruris, corporis; candidosi);

❑ Inibitori reversibili non competitivi squalene monossigenasi (epossidasi) della

membrana cellulare dei funghi (accumulo di squalene-diminuzione ergosterolo);

❑ Scarsa affinità per SE di mammifero; può essere somministrata per os, senza

dare problemi di tollerabilità;

https://www.cambridgemedchemconsulting.com/resources/bioisoteres/

(FAD)-dependent enzyme

Detailed Mechanism of Squalene Epoxidase Inhibition by Terbinafine.

J. Chem. Inf. Model., 2011, 51 (2), pp 455–462

✓ Scheletro spiro-benzofuran-cicloesenico

✓ 2 C chirali (mix diastereomeri

Griseofulvina

(Fulcin cpr, Grisovina cpr) Antibiotico prodotto da Penicillum griseofulvum, patulum

O

Cl

H3CO

OCH3 O

O

H3C H

OCH3

A B C

*

*

7

6

5

4 3

1 6’ 5’

4’

3’2’

Spettro d’azione: Attiva per via orale contro i dermatofiti (micosi cutanea da

Epidermophyton, Tricophyton, Microsporum). Inattiva contro coccidioidomiceti,

blastomiceti, istoplasmi, candida, attinomiceti.

Meccanismo d’azione: Si deposita negli strati cheratinizzati della pelle, rendendoli

resistenti all’attacco dei miceti.

Antimitotico: binding alla TUBULINA e inibizione della divisione cellulare.

Tossicità: Poco tossica. A dosi elevate leucopenia, dovuta a una debole azione

antimitotica

OC3H7, OC4H9 ~

OCnH2n+1 (n>4), H

O

O Perde attività

7

F ~

H, Br

Pirrolnitrina(Micutrin crema)

Antibiotico prodotto da Pseud. fluorescens.

Attivo nelle dermatomicosi. Non genera recidive.

Altera i processi energetici probabilmente inibendo il sistema di trasporto degli

elettroni respiratorio → sintesi delle proteine e acidi nucleici (interazione con i

fosfolipidi della membrana cellulare del micete →lesione irreversibile)

NH

ClCl

O2N3-Cloro-4-(3-cloro-2-nitro-fenil)-1H-pirrolo

❑ Utilizzata in alcune micosi sistemiche;

❑ Utilizzata da sola, sviluppa resistenza;

❑ In casi, come la meningite da lieviti, in associazione con

Amfotericina B (membrana più permeabile);

❑ Assorbita bene nel tratto GI, penetra facilmente nel fluido

cerebrospinale ed è poco tossica.

PIRIMIDINE: 5-F-citosina (Ancotil i.v.)

N

NH

O

NH2

F

5-FCT

AZOLI ANTIMICOTICI

❖ Caratteristiche comuni: anello/i pentaatomico/i azotato/i

(imidazolo o 1,2,4-triazolo), in cui N-1 è legato ad almeno un

gruppo lipofilico aromatico (in genere, F- o Cl- fenili) o

arilalchilico, mediante un linker di 1-2 C

❖ Verso la fine degli anni ’60 sintetizzati numerosi azoli: alcuni per

uso topico, numerosi per os (fluconazolo anche per e.v.)

❖ Meccanismo d’azione: inibizione selettiva della lanosterolo 14a-

demetilasi (CYP450 isozima) del fungo

http://www.youtube.com/watch?v=T-dwE11AhqA

N

RN

N

R

NN

R

NN

N

R

NN

N

R

N

NN

R

NNN

R

• Negli aza-azoli l’energia di stabilizzazione del nucleo aromatico (ASE)

dipende dal numero e dalla posizione, nell’anello, degli atomi di azoto di tipo

piridinico ed in particolare dalla loro prossimità all’atomo di azoto di tipo

pirrolico.

•Fe2+→ acido di Lewis; N piridinico→ base di Lewis

pKa~7 pKa~2

pKa~1.2 pKa~5.7 pKa~2.2 pKa~1.2

1,2,3 1,2,4 1,3,4 1,2,5

miconazolo(Daktarin, Loramyc,

Micotef..) tiaconazolo

clotrimazolo(Canesten, Ginocanesten..)

ketoconazolo(Asquam, Fidaket, Nizoral..)

imidazoli

triazoli

fluconazolo(Azolof, Canacid, Diflucan, equiv)

itraconazolo(Sporanox, Trazer, equiv.)

voriconazolo(Vfend, equv.)

posaconazolo(Nosafil)

ravuconazolo

R OH

N

NN

(Cl)F

F(Cl)

SAR

R= metilen-triazolo

a) ketale-spacer-fenil-piperazin-fenil-eterociclo;

b) THF-spacer-fenil-piperazin-fenil-eterociclo;

c) spacer-tiaozolo-fenile.

R2 R1

NN

Cl

Cl(H)

R1= metilen-triazolo

fenile;

spacer-fenile;

spacer-tienile-fenile.

R2=H;

fenile;

R1=R2= ketale-spacer-fenil-piperazina;

Phase III studies that are examining the efficacy of isavuconazole for invasive candidiasis and invasive

aspergillosis are currently in progress.

Ravuconazole is not approved for use by the FDA, but studies in animals and humans show that it is often

fungicidal and has favorable pharmacokinetics.

A Phase 1, randomized, open-label crossover study to evaluate the safety and pharmacokinetics of 400 mg

albaconazole administered to healthy participants as a tablet formulation versus a capsule formulation.

Posaconazolo

Ketoconazolo Bifonazolo Econazolo Clotrimazolo

Itraconazolo Fluconazolo

Voriconazolo

Isavuconazolo Ravuconazolo Albacolazolo

La proteina target C14 demetilasi (CYP51) catalizza tre reazioni sequenziali di idrossilazione.

Le C14-demetilasi fungine sono più suscettibili agli azoli dei corrispondenti

nei mammiferi (tipicamente 100-1000 volte).

direct heme-coordination

ligation via water

Crystal Structure of the Mycobacterium tuberculosis P450 CYP121-Fluconazole

Complex Reveals New Azole Drug-P450 Binding Mode. THE JOURNAL OF

BIOLOGICAL CHEMISTRY VOL. 281, NO. 51, pp. 39437–39443, December 22, 2006

COH

N

N

N

F

F

N

N

N

Sordarine

Sordarina: isolata nel 1969 dal fungo Sordaria araneosa

(Sandoz, CH) e brevettata nello stesso anno.

1. Potente inibitore in vitro della sintesi proteica in Candida albicans;

2. Diversamente dagli antimicotici tradizionali che alterano l’integrità della membrana

cellulare legandosi all’ergosterolo o inibendone la sintesi, la sordarina agisce sul

fattore di elongazione ribosomiale EF2, stabilizzandone il complesso con il ribosoma.

3. Forte attività verso Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans, e altri funghi

patogeni.

Beilstein Journal of Organic Chemistry 2008, 4, No. 31.

N

OAmorolfina(Locetar, Onilaq)

• Fenilmorfolina; due targets nel processo di biosintesi

dell’erogosterolo:

1) Erg24p, D14 reduttasi;

2) Erg2p, D8-D7 isomerasi.

• Attività in vitro verso un’ampia varietà di funghi tra cui

dermatofiti e dimorfici sono particolarmente sensibili;

• Inefficace in vivo (fragilità metabolica, binding proteico,

temperatura);

• Permeazione attraverso strati di cheratina (unghie) varia con:

spessore, patologia (unghie sottili affette da micosi sono meno

ritentive), veicolo (CH2Cl2>EtOH; eccipienti acido metacrilico,

triacetina, butile acetato, etile acetato, etanolo anidro)