ANTIMICOBATTERICI

MICOBATTERIGenere di bacilli acido-resistenti, della famiglia Mycobacteriacee

TUBERCOLOSI (M. tuberculosis)

Koch 1882

LEBBRA (M.leprae)

Hansen 1871

Micobatteriosi atipiche

TUBERCOLOSI

TBC si trasmette principalmente attraverso le vie respiratorie

In genere, 2 settimane di terapia fa cessare il contagio

Localizzazione prevalentemente polmonare (80-85%); il b. può raggiungere, attraverso i vasi sanguigni e linfatici, altri distretti, come cervello, ossa, occhi, pelle: TBC extra-polmonare, nei malati di AIDS frequenza 40-75%

TBC polmonare

TUBERCOLI

M. TBC Alveoli Ingestione da Macrofagi

Fibroblasti

Inglobano il sito di infezione

L’infezione, così incapsulata, può rimanere “silente” nella lesione fibrotica per anni, per poi ricomparire

Diffusione della TBC (2006)

DOTS (directly observed treatment, short-course)

TB/HIV CO-INFECTION

An estimated 1.3 million lives were saved globally between 2005 and 2011

by implementing collaborative TB/HIV activities.

Globally, 48% of the TB patients known to be living with HIV in 2011 were

started on antiretroviral therapy (ART).

MULTIDRUG-RESISTANT TB

In 2011, there were an estimated 310 000 cases of multidrug-resistant TB

(MDR-TB) among notified TB patients with pulmonary TB. Almost 60% of

these cases were in India, China and the Russian Federation.

The number of MDR-TB cases notified in the 27 high MDR-TB burden

countries doubled between 2009 and 2011, and reached about 60 000

worldwide. This is only one in five (19%) of the MDR-TB cases estimated to

exist among notified TB patients. In the two countries with the largest

number of estimated cases, the figure is less than one in ten.

At least half a million children became ill with TB and an estimated 64 000

children died of TB in 2011.

Worldwide, 3.7% of new cases and 20% of previously treated cases were

estimated to have MDR-TB. The highest proportions of TB patients with

MDR-TB are in eastern Europe and central Asia.

XDR-TB Extensively drug-resistant TB,, has been identified in 84

countries; the average proportion of MDR-TB cases with XDR-TB is 9%.

Almost 80% of TB cases among people living with HIV reside in Africa.

Struttura parete batterica mycobacterium

M.tuberculosis; M. bovis; M. avium; M. leprae "White Plague" of the 17th and 18th

centuries in Europe

arabino

galattano

lipoarabino

mannano

CH3(CH2)17(CH2)17

(CH2)23CH3

OH

COOH

(CH2)14

(CH2)17

(CH2)23CH3

OH

COOH

(CH2)15

O

CH3(CH2)17

CH3

(CH2)17

(CH2)23CH3

OH

COOH

(CH2)15CH3(CH2)17

CH3

OCH3

Acidi micolici (b-idrossiacidi)

-micolati

chetomicolati

metossimicolati

La resistenza dei

micobatteri (Gram+)

a soluzioni diluite di

acido solforico è

dovuta al contenuto

in lipidi: acidi grassi

caratteristici

CICLOSERINA (2a scelta)

• Prodotta da Streptomyces lavendulae, garyphalus, orchidaceus)

• Meccanismo di azione: inibisce la Ala racemasi e la D-Ala-DAla sintetasi

•Attiva su alcuni Gram +, diversi Gram- e su micobatteri (mdr-tTbc, xdrTb)

•Tossicità: convulsioni, Jap: aumento della tendenza al suicidio (?)

CH

NHCOCH3

N NH C

S

NH2

Tiacetazone

(farmaco orfano)

Chelante

COOH

OH

NH2

Ac. p-amminosalicilico(PAS)

Antagonista PAB

N

CONHNH2

Isoniazide

(INI, INH)Inib. sintesi ac. micolico

(Inib. piridossal fosfato,

effetto tossico)

N

N CONH2

Pirazinamide (Piraldina)

Antag. niacinammide

EtionammideAntag. niacinammide

HN

CS NH2

C2 5

Etambutolo (Etapiam)

Interferenza sintesi acido micolico;

interaz. con RNA e chelante

HO

NN

OH

H

H

2a scelta

2a scelta

ANTITUBERCOLARI

ISONIAZIDE (isonicotinoilidrazide)

(1) Inibizione di piridossal fosfato, per formazione irreversibile di un idrazone (tossicità sul SNC -convulsioni)

Sintetizzata come analogo del tioacetazone

N

CO NH NH2

INI, INH(Nicizina)

Meccanismo/i d’azione

H

N

CO NH N

CH

O

H3C

CH2 OPO3H2

N

(2) Inibizione sintesi acidi grassi (ac. micolico)

INH complessa lo ione Cu++; blocca l’enzima DESATURASI, inibendo la conversione degli acidi grassi saturi (C24 e C26) ai corrispondenti acidi grassi insaturi, precursori della sintesi dell’acido micolico, componente essenziale della parete cellulare del M. TBC (giustifica la selettività). Inibitore FAS II (vedi dopo)

(3) Biosintesi di NAD+ fraudolento

INH è trasformato in acido isonicotinico, che verrebbe incorporato nell’NAD+ (antimetabolita). NAD+ fraudolento non sarebbe più in grado di catalizzare le normali reazioni redox. Teoria suggestiva, ma necessita di ulteriori prove.

Biosintesi di NAD+ fraudolento

N

N

N

N

O

OPO3HOH

O

NH2

P

O

O-

OPO

O

O-

OOHHO

N

O-

O

+

OHN

NH2

N N

OHN

NH2

N

O OH

Parete cellulare Parete cellulare

NAD+ fraudolento

INH

Idrazoni di chetoni ed aldeidi

• Da acido piruvico e salicilaldeide ancora attivi e

meno tossici

• Da streptomicina (CHO dell’-streptosio): sinergismo

Derivati INH

N

OHN

NCH

R

IDRAZONI Idrolizzati nel tratto GI (profarmaci?)

N

O NN

R1

R3

R2

IDRAZIDI

Idrazidi dell’acido isonicotinico: nessuna è più

attiva di INH

R1 = R2 = Alchile; R3 = H Attive

R1 = R2 = H; R3 = Alchile Inattive

Facilmente assorbita per os

Cibo e antiacidi, soprattutto a base di Al, interferiscono con l’assorbimento di INH, rallentandolo. Preferibile la somministrazione a stomaco vuoto

Distribuzione in tutti i tessuti, compresi quelli infettati, e metabolizzazione a prodotti inattivi

Farmacocinetica e Metabolismo

Metabolismo INH

N

OHN

NC

CH3

COOHN

OHN

NH2

N

OHN

NH

O

CH3

N

O OH

H2N

HN CH3

ONH

HN CH3

O

O

H3C

NH2NH2

N

OHN

NC

CH2CH2COOH

COOH

+

N-Ac-INH(met. Principale)

Acetilidrazide Diacetilidrazide

Epatotossicità

Nelle urine coniugato con glicina

N-acetiltransferasi citosolica

(Ac. 2-chetoglutarico)(Ac. piruvico)

Acetilidrazide è substrato per un citocromo P450 microsomiale

H2N

HN CH3

O

HN

HN CH3

O

HO CH3

O

Radicale acetile

Acetilazione delle proteine del fegato

Epatotossicità

ANALOGHI DELLA VITAMINA PP

Pirazinamide(Piraldina)

N

N CONH2

CONH2

N

Nicotinammide (vit. PP)Lieve attività anti -TBC

Non generano resistenza crociata con INH(diverso meccanismo d’azione)

Etionammide

HN

CS NH2

C2 5 N

CS NH2

C3H7

Protionammide

PIRAZINAMIDE

Bioisostero della nicotinammide, induce rapidamente resistenza

Meccanismo d’azione (Inibitore FAS I)

Non completamente delucidato. Sembra si comporti come profarmaco. Gli organismi suscettibili producono una DEAMINIDASI, che la converte in acido pirazinoico (ceppi resistenti non producono questo enzima). L’acido pirazinoico potrebbe abbassare il pH nelle immediate vicinanze del microrganismo, impedendone la crescita.

Farmacocinetica & Metabolismo

Rapidamente assorbita per os, estensivamente metabolizzata

N

NNH2

O

N

NOH

O

N

NOH

O

HO

Deaminidasi microsomiale

epaticaXantina Ossidasi

Nelle urine coniugato con Gly

Zimhony, O., Cox, J.S., Welch, J.T., Vilchèze C. & Jacobs, W.R., Jr. Pyrazinamide inhibits the eukaryotic like fatty acid synthetase I (FASI) of Mycobacterium tuberculosis.Nature Med. 6, 1043–1047 (2000).

InhA5

Pyrazinamide inhibits mycobacterial

fatty acid synthetase I (FAS-I), a large

multifunctional enzyme involved in

lipid biosynthesis. Mycobacteria such

as M. tuberculosis specialize in lipid

biosynthesis. A large number of

individual enzymes are dedicated to

lipid metabolism. FAS-I is a large

single protein whose individual

domains catalyze various steps in

synthesis of conventional long-chain

fatty acids from two-carbon

precursors, while FAS-II is a complex

of non-covalently bound subunits with

similar functionalities to the domains

of FAS-I

DERIVATI TIOSEMICARBAZIDE

F

NH C

S

NH NH 2

Flusone(antibatterico per uso topico)

N

N

NH

NH

C

C

NH

S

NH 2

NH 2

Ambazone(antibatterico per uso topico)

NH

CH N NH C NH 2

S

CO CH3

Tioacetazone(antiTBC, sistemico, epatotossico)

N

CH3

O

N NH C NH 2

S

Metisazone(antivirale, sistem., profil. del vaiolo)

Probabilmente esercitano azione chelante su tracce di metalli pesanti.

*

CH 3

CH 2

CH

CH 2 OH

NH CH 2 CH 2 NH CH

CH 2 OH

CH 2

CH 3

*

Etambutolo (Etapiam) (2 centri chirali)

ETAMBUTOLO EMB

Forma

D (-)

L (+)

MESO

Conf. ass.

RR

SS

RS

mic

0.5

100 -

8 -

CH3

CH2

CH

CH2 OH

NH 2* ClCH2 CH2 Cl

CH3

CH2

CH

CH2 OH

NH 2*Ac. L (+) glutammico

2 2 +

Butanolammminaracemica (DL)

L(+)-Butanolammmina Etilene cloruro

200-500 volte più attiva la forma D (-)

Non ancora completamente chiarito

Forse chelante di metalli pesanti. Interferisce con la biosintesi di RNA in antagonismo con spermidina [H2N(CH2)3NH(CH2)4NH2]

Interferisce con la costruzione della parete cellulare inibendo l’enzima arabinosil transferasi che polimerizza l’arabinosio in arabinano e quindi arabinolattano.

Meccanismo/i d’azione 1

Analogia con MICOLATO della parete cellulare

O

OH O

OH

OH

NH

HO

Tetralosio monomicolato

NH

HOHN

OH

Etambutolo

EMB mima l’arabinano e inibisce

l’arabinosil transferasi, la cui

funzione è quella di catalizzare la

polimerizzazione del D-

arabinofuranosio per dare AG.

Blocca la sintesi di AG e LAM.

Meccanismo d’azione 2

HHO H

H OHO

HH

HO O P

O

OH

O7

b-D-arabinofuranosil-1-monofosforildecaprenolo

Arabinosil transferasi EMB

AG

LAM

SARNessuno dei numerosi analoghi ha mostrato migliori attività

METABOLISMO• Idrosolubile, assorbito (75-80%) per os.

• La gran parte viene escreto immodificato; ca. 15% trasformato nei metaboliti I e II entrambi inattivi

NH

HOHN

OH

CHO

NH

HN

CHO

COOH

NH

HN

COOH

I II

FLUOROCHINOLONI

Antibatterici a largo spettro attivi contro

M. tubercolosis e M. avium-intracellulare (MAC)

N

O

COOH

N

HN

F

R8

R3'

R5'

N

O

COOH

N

N

F

OCH3H3C

I chinoloni non fluorurati sono inattivi contro i micobatteri

Ciprofloxacina: R8 = R3’ = R5’ = H

Sparfloxacina: R8 = F; R3’ = R5’ = CH3

Ofloxacina

Fluorochinolonici anti TBC

ACIDO p-AMMINOSALICILICO (PAS)

NH 3 CO2

NH 4 HSO3 KHCO 3

PAS

OH

OH

OH

NH2

OH

NH 2

COOH

Scoperta: Nel 1940 Bernein nota che benzoati e salicilati stimolano la respirazione del micobatterio. Lehmam di conseguenza cerca inibitori tra analoghi strutturali e studia direttamente le azioni sulla crescita.

Agisce probabilmente come antagonista del PABA; inibitore di crescita pur essendo stimolante della respirazione.

E’ instabile: a 150 °C - CO2 m-amminofenolo (lentamente anche in

soluzione acida).

Usati: sale Na (Quadrasa®), sale Ca (alte dosi provocano disturbi gastrici); analoghi attivi: N-benzoile, N-glicil, Estere Ph

2a scelta

OCH3

NH 2

COOH

OH

COOH

NHCH 3

OH

COOH

NHCOCH 3

OH

COOH

NHCOCHCl 2

Analoghi attivi, ma meno del PAS

OH

COOH

NO

COOH

NH 2

NH 2

COOH

NH 2

Cl

NH 2

OH

SO3 H

Analoghi inattivi

OH

COOH

H N2

ANTIBIOTICI ANTITUBERCOLARI

ANSAMICINE

Rifampicina (1a scelta)

AMINOGLICOSIDICI

Streptomicina (1-2a scelta)

Kanamicina (2a scelta)

Cicloserina (2a scelta)

Chemioterapici anti-TBC di seconda scelta

Etionamide

PAS

Kanamicina

Cicloserina

Generalmente mal tollerati o con effetti collaterali più pesanti. Utilizzati in casi di resistenza o intolleranza ai farmaci di prima scelta.

Tossicità ed effetti collaterali

INH: epatotossicità, danni renali, neuropatia periferica (ridotta se si associa piridossina)

Pirazinamide: epatotossicicità

Etambutolo: nevrite ottica e iperuricemia

Rifampicina: epatite, trombocitopenia, nefrotossicità

Streptomicina: nefro- e oto-tossicità

Nocardia mediterranea, Amycolatopsis mediterranea

Ansamicine

PirazinamideInibizioneFAS-I micobatterio

NO

N

NH2

EtambutoloInibizione Arabinosil-transferasi

NHNH

OH

OH

IsoniazideInibizione desaturasi

O

N

NHNH2

RifampicinaInibizione RNA polimerasi DNA-dipendente

NH

O

NNO

N

O

OOH

OH

OH

OH

OH

O

OO

S

N

NH2

NHO

ONH2

O

OH

OH

NH2

OH

OO

NH2 NH2

O

OH NH2

OH

OH

O

OHOH

OH

NH2

NH

N

HNH

O

N

H

NH

O

NH

NH

NH2

O

N

H

ON

H

NH2

O

NH

O

OHO NH2

NH2

NN

O

NH

OF

OH

Kanamicina

Capreomicina Ciprofloxacina

MDR TB (res. INH+Rifa)

XDR TB (INH, Rifa,FQ+ injAG)

BadiquilineApprovato dalla FDA nel 2012;inibitore dell’ATP sintasi;

Blocca il flusso Protonico.Distrugge l’ omeostasidel pH

http://www.farmacia.uniba.it/didattica/lezioni-in-rete/CTF/chimica-farmaceutica-2/index.html

LEBBRA

Infezione granulomatosa cronica.

Agente causale: Mycobacterium leprae

Classificata in:

1) Lepromatosa

2) Tubercoloide

3) Di confine (intermedia tra (1) e (2))

CONTAGIO: pelle e mucose delle vie respiratorie. Regioni più suscettibili di attacco: pelle e sistema nervoso

SINTOMI: all’inizio macchie ipo- e iperpigmentate, sensazioni di anestesia e parestesia; il coinvolgimento del SN porta ad atrofia muscolare, riassorbimento delle piccole ossa e amputazione spontanea; ulterazioni della cornea e cecità, se vengono colpiti i nervi facciali.

DIAGNOSI: presenza di anticorpi

Comune nei Paesi caldi.Incubazione: 3-5 anni. I bambini più facilmente esposti all’infezione (i sintomi compaiono più tardi).

SOLFONI (diarilsolfoni)

Relazione di fenilogia con la sulfanilammide (Regola di Angeli).

Maggiore attività, ma anche maggiore tossicità. Attività su micobatteri

(TBC, lebbra).

Simile meccanismo d’azione: antagonismo con PABA.

Sulfanilammide

S NH2H2N

O

O

SH2N

O

O

NH2

Dapsone (DDS)p.p.-Diamminodifenilsolfone

SHN

O

O

NHR R

DAPSONE

Base debole, pKb ca. 10, quasi insolubile in acqua

LP ca. 70%

La scarsa solubilità è responsabile dell’irritazione GI, dal quale tuttavia è ben assorbito

S

O

O

NHH2N

OH

S

O

O

NH2H2N

S

O

O

NH2H3COCHN

METABOLISMO

Glucuronati e SolfatiN-Ac-DDS

(met. principale)

N-Ac-tranferasi epatica

N-idrossilazioni

N-OH-DDS

(met. minori)

H,

Nome

Acedapsone

Acediasolfone

Solfossone sodico

Solasolfone sodico

Glucosolfone sodico

R

Poco sol. (az. ritardo), meno attivoe meno tossico di DDS,antimalarico

CH2 SO2Na

CH CH2 CH

SO3Na SO3Na

CH

SO3Na

OHOH

OH

CH2OH

OH

Sale Na solubile in H2O

Solubile in H2O

Molto solubile in H2O

Molto solubile in H2O (uso i. v.)

Note

CH2 COOH

-CO-CH3

SH2N

O

O S

N

NH2

Tiazolsolfone

(isostere)

SHN

O

O

NHR R Sviluppati per migliorare la solubilità e la tolleranza gastrica

Diverse modificazioni, ma nessuna ha dato risultati migliori del DDS

N

N

NH

Cl

N CH

CH3

CH3

Cl

CLOFAZIMINA

Attività simili a quelle del dapsone (diverso meccanismo d’azione). Utile nelle forme DDS-resistenti.

1

2

3

10

47

5

MECCANISMO/I D’AZIONE

Non completamente chiarito. Molto probabilmente legato alle sue proprietà redox.

Osservati incremento sintesi PG e formazione, da parte dei neutrofili, di reattivi ossidanti, che possono avere un ruolo contro M. Leprae.

Relazioni struttura-attività

Attività antibatterica correlata con l’attività pro-ossidativa, misurata come capacità di formare anione superossidoN

N N

NH

Cl

Cl

2

Gruppo imminico in pos. 2 essenziale; l’attività aumenta se N reca un alchile o un cicloalchile

3

10

4-Cl sui fenili in C-3 e N-10 aumentano l’attività, ma non appaiono essenziali/indispensabili

Metabolismo

Lenta eliminazione. Data l’elevata lipofilia, si accumula nei tessuti adiposi, dove permane a lungo (EV = 9-69 gg). Identificati numerosi metaboliti (nel complesso, però, non più dell’1% della dose somministrata):

1)Deamminazione idrolitica2)Idratazione3)Dealogenazione idrolitica

CLOFAZIMINA

N

N

N

Cl

OH(1)

N

N

NH

Cl

HN Cl

HO H

(2) N

N

N

Cl

HN OH

(3)

glucuronidi

CHEMIOTERAPIA DELLA LEBBRA

Dapsone (acedapsone) - rifampicina - etionammide - clofazimina

OMS:

RIF + CLZ + DDS (MB: multibacillary)

RIF + DDS (PB: paubacillary)

Uso combinato di 3 farmaci

Dal 1977 la monoterapia con DDS è stata abbandonata. Si usano associazioni

Attualmente i chemioterapici anti-lebbra vengono studiati anche come possibili agenti terapeutici da impiegare contro le infezioni da M. avium –intracellulare, una delle più comuni infezioni opportunistiche in malati AIDS