Chimica farmaceutica 1 e fitochimica - Terza parte

Lezione 21

Fino ad adesso abbiamo parlato di farmaci destinati alla cura delle infezioni provocate da batteri o tutto al più micobatteri, quindi abbiamo parlato di cellule procariotiche.

Oggi vediamo tutta una serie di farmaci usati per infezioni provocate da protozoi, quindi parliamo di cellule eucariotiche. I protozoi vengono considerati degli organismi di tipo unicellulare appartenenti al regno animale e presentano notevoli differenze, essendo una cellula eucariotica rispetto a quella dei batteri. Intanto, il nucleo di tipo cromosomico presenta un citoplasma ben differenziato e tutta una serie di strutture specializzate per il movimento e per l’alimentazione, sfruttate anche come bersagli farmacologici in quanto alcune sono diverse dalle nostre cellule eucariotiche e altre addirittura sono assenti nelle nostre cellule.

I plasmodi, più in generale i protozoi, sono ospiti dell’uomo e possono provocare tutta una serie di malattie. C’è da dire che la trasmissione dell’infezione può avvenire o tra individuo-individuo, oppure tra animale-uomo, oppure insetto-uomo, quest’ultimo rappresenta un ospite intermedio.

Le infezioni causate da protozoi sono infezioni per le quali ancora non abbiamo a disposizione un vaccino, quindi è chiaro che l’unica arma a nostra disposizione sia per quanto riguarda la prevenzione che per il trattamento dell’infezione è data esclusivamente dai farmaci.

Se teniamo conto inoltre che i farmaci in uso contro le infezioni da protozoi sono piuttosto datati e per lo più diversi mostrano tossicità importanti anche a basse dosi terapeutiche, si capisce che il trattamento di queste infezioni risulta difficoltoso. Il tutto è poi complicato dal fenomeno della resistenza e dal fatto che nel caso di infezioni provocate da protozoi il sistema immunitario deve essere assolutamente efficiente, ancora di più di quanto debba esserlo nel caso di infezioni batteriche.

Quindi possiamo dedurre che nel caso di persone che hanno deficit del sistema immunitario, come ad esempio persone che hanno subito trapianti di organi con trattamento con farmaci immunodepressivi, oppure in tutti quei casi in cui c’è stato un tumore, ancora tutti quegli individui che sono malati di AIDS, quindi in tutti questi casi la risoluzione della malattia è piuttosto difficoltosa e spesso si ha un esito nefasto. Anche nei neonati la malattia è piuttosto pericolosa in quanto non hanno un sistema immunitario sviluppato.

Per di più queste infezioni sono prevalentemente localizzate in quei Paesi in via di sviluppo, nei quali le industrie farmaceutiche non hanno particolari interessi nello sviluppare nuove molecole perché non riuscirebbero a recuperare tutti i costi e questo spiega perché la gran parte dei farmaci in questo campo sono piuttosto obsoleti, prodotti tra gli anni 40 e 60. Ultimamente queste malattie si stanno diffondendo anche nei Paesi occidentali e quindi ciò ha richiesto lo sviluppo di nuove molecole che potessero essere efficaci nei confronti di questi protozoi.

Protozoi pericolosi per l’uomo

Solo alcuni di questi protozoi sono pericolosi per l’uomo, tra questi ricordiamo:

• Classe Sporozoa con le quattro specie del plasmodio, che sono responsabili della malaria.

Sempre appartenente a questa classe ricordiamo anche la Toxoplasmosi, che è un’infezione provocata da Toxoplasma gondii, che è un protozoo che si trasmette generalmente da un felino, che rappresenta il serbatoio principale, e l’uomo si può contagiare venendo a contatto con le feci del felino che possono presentare questo microrganismo, oppure mangiando della carne cruda o poco cotta o insaccati come il prosciutto crudo che può contenere forme di questo parassita.

Ancora, si può riscontrare quest’infezione ingerendo della verdura andata a male la quale è entrata in contatto con questi protozoi. In generale la toxoplasmosi è una malattia asintomatica, quindi non crea problemi, però in alcuni casi può essere grave, in particolare può essere estremamente grave, ad esempio se presa in gravidanza in quanto il toxoplasma è in grado di attraversare la placenta. Qualora dovesse succedere abbiamo dei farmaci che agiscono solo però se questa infezione è presa per tempo.

• Classe Rizopodium dove ritroviamo le Entamoebe, provocano un’infezione molto diffusa in tutto il mondo, colpisce soprattutto l’apparato digerente ma può diffondersi anche su altri organi, anche qui abbiamo farmaci efficaci.
• Classe Mastigophora dove ritroviamo le infezioni molto importanti provocate dal Trypanosoma che esiste in due specie, gambiense e rhodesiense, che sono responsabili della malattia del sonno.

Questa malattia è trasmessa da un insetto, la mosca, che trasferisce il protozoo generalmente da un animale all’uomo oppure da uomo a uomo. È un’infezione molto grave che può colpire anche il SNC ed è una malattia che se non viene curata è sempre letale. È diffusa solo in alcune zone dell’emisfero, in particolare in Africa, e in questo caso abbiamo pochi farmaci a disposizione che sono anche piuttosto tossici e anche di modesta efficacia.

Un discorso simile lo possiamo fare con i protozoi appartenenti al genere Leishmania che ha circa 30 specie. Questo è un protozoo diffuso in tutto il mondo ma le specie più pericolose si ritrovano ancora in Africa e Paesi orientali. È un’infezione che viene trasmessa da un insetto all’uomo, in cui il protozoo viene trasferito da un animale, generalmente anche animali da compagnia, all’uomo attraverso questa puntura.

Anche qui esistono diverse forme di infezione, si passa da Leishmaniosi cutanea che non è gravissima, nel senso che potrebbe anche guarire in modo autonomo, che porta a gravi lesioni cutanee con cicatrici, ma molto più grave è la Leishmaniosi viscerale che colpisce gli organi interni, che è molto spesso letale. I farmaci anche in questo caso sono pochi ed estremamente tossici, abbiamo a disposizione tre farmaci però con efficacia limitata.

In Europa esistono diverse specie di Leishmania che colpiscono soprattutto i cani e l’infezione dal cane all’individuo non può avvenire direttamente, può avvenire tramite l’insetto, però nel nostro Paese la puntura di questi insetti nell’uomo è molto remota, è abbastanza difficile. Così come bisogna dire che le specie di Leishmania presenti nei nostri territori non sono particolarmente pericolose come quelle che possiamo trovare ad esempio in Africa e in India.

Ricordiamo ancora tra questa classe il Trichomonas vaginalis che è estremamente diffuso in tutto il mondo, è un’infezione non gravissima ma comunque abbiamo dei farmaci estremamente efficaci di cui parleremo successivamente.

Malaria e ciclo del plasmodio

Ci soffermiamo adesso sulla malaria, infezione provocata dal plasmodio. Diciamo che il genere plasmodio, come tutti i protozoi, si riproduce in parte per via asessuata per cui il nucleo si divide e in seguito a questa divisione si ha la suddivisione della cellula madre nelle cellule figlie, che è comune a tutti i protozoi. Però nel plasmodio si ha che la cellula madre tende a diventare sempre più grande e si hanno delle ripetute suddivisioni nucleari con suddivisioni cellulari in numero pari a quelle delle suddivisioni nucleari. Questa riproduzione è detta schizogonia.

Abbiamo anche la differenziazione sessuale per schizogonia e il ciclo del plasmodio della malaria possiamo evidenziarlo nell’immagine di sotto, dove vediamo che l’infezione inizia con la puntura di una zanzara femmina che è in grado di iniettare nell’organismo una prima forma di plasmodio che è detta sporozoita. Questi sporozoiti vanno a localizzarsi nel fegato laddove poi si trasformano in schizonti tessutali epatici. Questo periodo di tempo che dura tra 5 a 12 giorni è completamente asintomatico, quindi noi non ci accorgiamo dell’infezione.

A livello del sangue, nell’uomo, vengono prodotti anche i gametociti maschili che insieme a quelli femminili maturano nell’intestino della zanzara a microgameti, maschili, e macrogameti, femminili, e poi avviene la fecondazione.

Inoltre questa è una fase del ciclo della malaria in cui non è possibile aggredire la forma plasmodica con nessun tipo di farmaco, quindi noi non possiamo impedire l’infezione ma possiamo bloccare la progressione del plasmodio nelle fasi successive con altri farmaci.

Dal momento in cui si vengono a formare queste forme epatiche, questi schizonti epatici, si ha poi un’ulteriore trasformazione in merozoiti i quali poi danno luogo ad un numero, entrando nel globulo rosso, attaccando le strutture, riproducendosi sotto forma di schizonti eritrocitari e poi da ogni schizonte eritrocitario origineranno almeno trentadue cellule nuove che fuoriescono dal globulo rosso distruggendolo, ritornando in circolo nel sangue e poi queste forme che sono i merozoiti ritornano ad attaccare i globuli rossi in modo tale che il ciclo possa continuare.

Quest’ultima fase è quella che dà luogo alle manifestazioni sintomatiche importanti, in quanto appunto si ha aumento della temperatura, quindi la malaria è caratterizzata da febbri molto alte cicliche che sono legate a questo processo. Alcuni di questi merozoiti poi subiscono una differenziazione sessuale e si trasformano in gameti femminili, però finché il protozoo rimane all’interno dell’organismo non può concludere il proprio ciclo riproduttivo, il quale si può avere solo se l’individuo viene nuovamente punto da un’altra zanzara femmina.

In questo caso i gametociti femminili entrano attraverso il canale alimentare dell’insetto, arrivano nell’intestino laddove avviene la fecondazione tra gametocita femminile e maschile con formazione di uno zigote che si trasforma in oociste e poi finalmente in sporozoita che è poi pronto per essere inoculato in un altro individuo quando la zanzara va a pungere un’altra persona.

Quindi vediamo che la zanzara è proprio quel vettore che è indispensabile in tutti quei casi in cui abbiamo parassiti ematici, quindi vale anche per la Leishmania e per il Trypanosoma.

Specie e gravità della malaria

La malaria è provocata da quattro specie di Plasmodium, falciparum, vivax, ovale e malariae, quella più grave è quella data dal P. falciparum. Alcune si distinguono anche in malaria terzana o quartana in base al fatto di ripresentare gli effetti febbrili, cioè ogni quanto si ripresentano.

La più pericolosa, quindi quella falciparum, dà febbre elevata, mal di testa, sintomi gastro-intestinali, vomiti, forti dolori muscolari. In seguito all’attacco dei globuli rossi si ha anche la liberazione di endotossine che sono le molecole che causano i sintomi più gravi in quanto sono quelle che possono portare ad uno shock anafilattico e insufficienza multiorgano.

La malaria è una malattia molto grave che se non curata porta la morte della persona.

La malaria è molto diffusa nel mondo, dati di dicembre 2019 ci dicono che abbiamo circa 3 miliardi di persone a rischio, circa 300 milioni di casi ogni anno con circa 400 mila morti ogni anno e colpisce principalmente più di 100 Paesi, principalmente l’Africa, Asia, America Latina e certe isole del Pacifico e dei Caraibi, in quanto la zanzara riesce a sopravvivere molto bene in questo clima caldo-umido. La maggior parte dei morti l’abbiamo principalmente nei Paesi più poveri, quindi Africa, escludendo alcune regioni che si affacciano sul Mediterraneo, e India.

Anche nel caso dello Plasmodium della malaria si ha una notevole distribuzione di ceppi resistenti, solitamente questa è legata ai farmaci più vecchi e usati in modo massiccio come la Clorochina e poi l’associazione sulfamidico + pirimetamina che oggi viene usata solo in casi particolari.

In Africa sono frequentissimi questi ceppi, molto meno in Sud America e in India, si pensa che almeno il 50% dei ceppi resistenti sia insensibile alla clorochina.

Farmaci antimalarici

Abbiamo detto prima che i farmaci non sono in grado di agire sulle prime forme iniettate nell’uomo, ovvero sugli sporozoiti, questo è importante perché non possiamo prevenire in assoluto l’infezione. I farmaci sono in genere in grado di agire su alcuni stadi del protozoo ma non su tutti e questo ci permette di dividere i farmaci antimalarici sulla base dello spettro d’azione.

Non abbiamo quindi un farmaco in grado di aggredire tutte le forme del Plasmodium.

Alcuni farmaci possono essere usati sia per il trattamento in atto che per la profilassi.

Si distinguono in tre classi.

• Classe 1: Sono quelli con uno spettro più ristretto, non efficaci su forme primarie o epatiche latenti e su gametociti. C’è da dire che in alcune specie di Plasmodium come il vivax e l’ovale possono lasciare nel fegato delle forme latenti detti ipnozoiti che possono stare in questa forma dormiente anche per alcuni anni, il che significa che un individuo può guarire ma poi si può ripresentare improvvisamente la malattia anche dopo tanto tempo perché queste forme si attivano improvvisamente. Queste si attivano perché la maggior parte dei farmaci non sono attivi su questi ipnozoiti, quindi si fa magari un trattamento con clorochina che agisce sulle forme eritrocitarie ma non su queste e quindi può ritornare.
• Classe 2: Hanno uno spettro più ampio, rispetto a quelli di classe 1 sono efficaci anche su forme epatiche primarie, hanno uno spettro più ampio, ma non agiscono sugli ipnozoiti.
• Classe 3: Questi sono in grado di agire sulle forme epatiche latenti, ipnozoiti, e su gametociti, però sono poco efficaci sulle forme eritrocitarie. Quindi comunque lo spettro si restringe.

In questa tabella vediamo i farmaci più usati sia per il trattamento che per la profilassi della malaria, abbiamo molecole usate in entrambi i sensi, clorochina, associazione atovaquone-proguanil, ecc., altri invece usati esclusivamente o come trattamento, chinina, chinidina e derivati 2,4-aminopirimidinici, oppure come profilassi, primachina.

Artemisinina e prodotti semisintetici

Cominciamo a parlare di alcuni farmaci più recenti introdotti in terapia sebbene questi farmaci sotto forma di estratto sono utilizzati da tantissimo tempo.

Parliamo dell’artemisinina e dei suoi prodotti semisintetici.

L’artemisinina si ritrova in una pianta che è l’Artemisia annua, pianta utilizzata in medicina popolare fin dal 340 d.C. Infatti gli estratti di questa pianta venivano utilizzati per abbassare la febbre, naturalmente al tempo non si conosceva la malaria ma probabilmente la gran parte delle risoluzioni delle malattie erano legate ad attacchi di febbre dovuti alla malaria.

Soltanto nel 1596 gli estratti di artemisinina vennero riconosciuti come estratti utilizzati per curare la malaria. La molecola singola però è stata identificata solo nel 1972 da parte di una farmacista cinese che l’ha identificata come principale responsabile dell’attività antimalarica.

È stata una scoperta tanto importante per cui nel 2015 vinse anche il premio Nobel.

Dell’artemisinina, anche se è stata identificata nel 72, ha raggiunto una sua applicazione terapeutica soltanto a metà anni 90. Abbiamo visto la sua biosintesi, è un sesquiterpene lattonico, caratterizzato da una funzione endoperossidica che in buona parte è responsabile dell’attività antimalarica.

Oggi non si usa più ma si usano i suoi derivati, in particolare il suo prodotto ridotto a livello del gruppo carbonilico, cerchiato, ovvero la diidroartemisinina, anche perché l’artemisinina è in realtà un profarmaco in quanto viene trasformata nel nostro organismo nella forma idrogenata che poi è quella che presenta una maggiore attività, quindi tanto vale somministrarla nella sua forma ridotta.

Oltre a questa abbiamo dei derivati che sono l’estere metilico della diidroartemisinina, artemether, e poi il derivato estereo con l’acido bicarbossilico e l’acido succinico che da una parte viene esterificato e dall’altra invece il gruppo carbossilico viene salificato, artesunato.

L’artesunato, per via della sua notevole idrosolubilità, viene utilizzato per somministrare l’artemisinina per via endovenosa essendo idrosolubile e una volta in vivo si libera la diidroartemisinina. Può anche essere utilizzato per la somministrazione orale, per la quale si preferisce la diidroartemisinina o il suo derivato artemether che è più liposolubile e quindi presenta un migliore assorbimento.

Esistono diverse forme farmaceutiche, esistono le forme iniettabili per via intramuscolare, endovenosa, per via orale oppure sotto forma di supposta e in questo caso si utilizza l’artemether.

Le artemisinine sono oggi farmaci fondamentali per il trattamento della malaria, prima di tutto perché agiscono sui ceppi resistenti e questo è dovuto al fatto che l’utilizzo come molecola singola è estremamente resistente e quindi la diffusione di ceppi resistenti è scarsa. Poi mostrano un meccanismo d’azione diverso rispetto agli altri farmaci, sono molto potenti, agiscono in tempi rapidi e queste sono tutte caratteristiche importanti per il trattamento della malaria.

Infatti abbiamo bisogno di farmaci energici per la cura della malaria, soprattutto sulle forme eritrocitarie, e che agiscano in tempi rapidi, quindi dobbiamo abbattere il plasmodio in tempi brevi.

Agisce con un meccanismo d’azione sconosciuto fino al momento di introduzione sul mercato di questa molecola, è un meccanismo che coinvolge il legame endoperossido. Questo legame è un legame estremamente reattivo ed è stato confermato che questo legame è in grado di interagire con il ferro il quale determina la rottura del legame endoperossido con formazione di un radicale, il quale non rimane sull’O del perossido ma il radicale rimane sull’atomo di C indicato con la freccia e quindi a questo punto è pronto per dare reazioni di alchilazione con tutta una serie di