Chimica farmaceutica - aminoglicosidici

II4NH R = R = H Gentamicina C1a (7)62 1 2NH (Gentalyn, uso topico2H O + betametasoneO Gentalyn Beta )OH C3 IIIOH NHCH OH3X=NH D-Neosammina C2 XCH 2X=OH D-Glucosammina X = NH Neomicina B (8)O 2( + Bacitracina = Bimixin; cpr eI sciroppo; Cicatrene; polvere e pomata;OHOH + Sulfatiazolo = Streptosil; polvere eONH pomata).2 4IINH 52 H O2-Deossistreptamina X = OH Paromomicina (9)( come solfato; Humatin)ONH 2HOH C O2 IIIO D-RibosioCH NH2 2OH OHOIVOH NH 2L-Neosammina B 6CH OH2 Tobramicina (10)O 3-D-Glucosammina ( come solfato;Tobral collirio eI pomata oftalmica;NH 2OH + desametasone = TobradexOCH NH2 2 OH collirio e pomata oftalmica)OIII O OH IIOH NHNH 22 NHNebrosammina 22-DeossistreptaminaOOH Sisomicina (11)I (come solfato; Mensiso;GarosamminaNHCH3 fiale IM)CH3 OCH NH OH2 2OIII O OH II NH2NH22-DeossistreptaminaOH Spectinomicina (12)HH CNH O O CH (HCl; Trobicin)3 3AH O O OHNH OH C3 SAR e SintesiLa Streptomicina (1) come sostanza tribasica forma con molti acidi dei sali bencristallizzati

(per lo più si trova in commercio sotto forma di solfato). Per ampliare lo spettro di attività nei confronti dei batteri Gram-positivi si è dimostrata adatta la combinazione (sinergica) con la benzilpenicillina. La formazione di derivati del gruppo aldeidico nella streptomicina (azometine, ossime, idrazoni) come anche l'acilazione del gruppo N-metil-amminico hanno dato in alcuni casi dei composti attivi ma nessun preparato commerciale. La trasformazione dei gruppi guanidinici provoca la perdita totale dell'attività. L'idrogenazione del gruppo aldeidico in ambiente neutro o debolmente alcalino fornisce la Diidrostreptomicina (2) che è un composto molto attivo. Il suo spettro di attività, l'intensità dell'attività e lo sviluppo della resistenza sono comparabili a quelli della streptomicina. Alcune differenze si notano nella tossicità e negli effetti collaterali. Infatti la DL50 della Diidrostreptomicina

è un po' più vantaggiosa e più rare sono le reazioni allergiche. Caratteristica è la differenziazione dell'attività neurotossica sul N. vestibularis o sul N. cochlearis. La Neomicina B (8), è un tetrasaccaride nel quale i tre residui di monosaccaridi ricordano la costituzione della streptomicina. Ambedue i gruppi 1,3-guanidinici della streptidina sono sostituiti da gruppi amminici nelle posizioni 1 e 3 della 2-desossistreptamina. Al confronto con la Streptomicina, la Neomicina possiede un'attività antibatterica 5-10 volte maggiore conservando all'incirca lo stesso spettro di attività. La Paromomicina (9) (isolata nel 1959) si differenzia dalla Neomicina B solamente per la sostituzione di un amminogruppo nella porzione della neosamina C con un gruppo ossidrilico che viene a costituire la porzione di glucosamina. L'intensità dell'attività e la tossicità acuta sono paragonabili a quelle.

della Streptomicina. La Kanamicina A (3), è un trisaccaride come la Streptomicina. A differenza di quest'ultima però, e come capita nel gruppo della Neomicina, la 2-desossistreptamina e quindi anche la funzione 1,3-diamminica, si trova nel monosaccaride centrale. L'intensità dell'attività e lo spettro di attività sono simili a quelle della Streptomicina. Un derivato semisintetico nella serie della Kanamicina è la Amikacina (4) che necessita di dosaggi abbastanza alti. Nel 1963 è stato riportato l'isolamento di un antibiotico amminoglicosidico avente uno spettro di attività più ampio rispetto a quelli della Streptomicina e della Kanamicina. Il componente principale è la Gentamicina C1 (5); anche questo composto contiene la 2-desossistreptammina nel monosaccaride centrale. Mentre la tossicità (orecchio, apparato vestibolare, reni) è paragonabile a quella della Kanamicina, i suoi valori di

inibizione batterica sono moltobassi e confrontabili con quelli della Neomicina. Successivamente sono comparsi sulmercato antibiotici simili Tobramicina (10) e Sisomicina (11) aventi un'attività più elevata invitro nei confronti delle Pseudomonas. La Spectinomicina (12) isolata nel 1961 possiedeuna struttura che si allontana da quella caratteristica degli antibiotici amminoglicosidici.L'anello A deriva da quello della streptamina (Fig. 2 ). La Spectinomicina, analogamenteagli altri antibiotici amminoglicosidici, inibisce la biosintesi proteica. Tale inibizione perònon si realizza attraverso l'erronea guida della traslazione del codice genetico ma piuttostoattraverso l'inibizione della formazione di amminoacidi. Poco è noto sulle reazioniototossiche e nefrotossiche del composto. L'incertezza sui valori dell'inibizione comeanche la necessità di una somministrazione frequente per via parenterale ( ad intervallo di6 ore)

restringono l'applicabilità terapeutica di questo antibiotico. Quasi tutti gli antibiotici amminoglicosidici si ottengono per fermentazione. Le sintesi totali non hanno importanza dal punto di vista economico. La Diidrostreptomicina si ottiene per idrogenazione catalitica della streptomicina; per la preparazione dell' Amikacina dalla Kanamicina A si protegge inizialmente il gruppo amminico primario della porzione glucosaminica con un carbobenzossi-gruppo. Il composto ottenuto si fa successivamente reagire con un derivato attivato al carbossile e protetto all'azoto dell'acido L-2-idrossi-4-amminobutirrico; in via preferenziale reagisce un gruppo amminico della porzione streptaminica: l'idrogenolisi finale dei gruppi protettivi fornisce l'Amikacina.

[1,6] 9CH OH2 OHCH2O ONHNH 22OH OHCH NH OH2 2 CH NH-CbzO OH2 OO +O4O 4OHOH 6 O OHOH OH 6OHNHROH NHROHNH2 NH 2Kanamicina O1. N OHO OH OCOCHCH -CH -NH-CbzN O 2 2O H , Pd2. 2CH OH2 ONH 2OHCH NH OH2 2 OO 4O OHOH

6OH NH-CO-CHOH-CH -CH -NHOH 2 2 2NH 2Amikacina

Fig. 3. Sintesi Amikacina 10

MECCANISMO D'AZIONE

Il ribosoma è il target di molti antibiotici clinicamente importanti. Questi composti, che comprendono aminoglicosidi, tetracicline e macrolidi interferiscono con un passaggio essenziale della sintesi proteica. L'RNA che compone il ribosoma svolge una funzione centrale e i siti funzionali sono altamente conservati tra gli organismi.

Numerosi antibiotici che legano il ribosoma interagiscono con l'RNA ribosomiale (rRNA), tra questi quelli meglio caratterizzati sono gli aminoglicosidi.[7]

Il principale sito d'azione degli aminoglicosidi è sulla subunità 30S dei ribosomi, e agiscono bloccando l'inizio della sintesi proteica, con un accumulo di complessi di iniziazione anomali o anche detti "monosomi streptomicinici". Sono inoltre in grado di bloccare l'ulteriore traduzione e provocare un'interruzione prematura della sintesi.

hannola capacità di indurre un’errata lettura dello stampo di RNA messaggero (mRNA) portandoall’incorporazione nelle catene polipeptidiche in formazione di aminoacidi errati (Fig. 4).

Agiscono perciò, sul mRNA, che non è più in sintonia con le informazioni ricevute dal DNA, per cui sceglie degli aminoacidi errati e ne risulta un peptide anomalo. Le proteine aberranti così prodotte, possono essere inserite nella membrana cellulare, determinando un’alterata permeabilità e un ulteriore stimolo al trasporto degli aminoglicosidi.

Gli aminiglicosidi legano una sequenza di rRNA che è vicina al sito di riconoscimento codone-anticodone dove si lega l’aminoacil-t-RNA (sito A) nella subunità 30S. L’aminoglicoside legato stabilizza l’interazione tRNA-mRNA nel sito A attraverso la diminuita dissociazione del tRNA, che interferisce con lo stadio di correzione che assicura la fedeltà della traduzione. [8]

Sebbene

chimicamente distinti, gli aminoglicosidi si legano tutti sul sito A ribosomiale. Gli aminoglicosidi sono tutti carichi positivamente al pH biologico e questo contribuisce al legame con l'RNA. ^[9] Fig. 4 Gli anelli I e II (strutture 3-10) sono le porzioni più comuni degli aminoglicosidi, sebbene le loro vie di sostituzione sono differenti. Gli amino-gruppi N1 e N3 dell'anello II (2-deossistreptamina) sono comuni a tutti gli aminoglicosidi come i donatori di legame idrogeno in posizione 2 e 6 dell'anello I. Il legame dell'anello III alla 2-deossistreptamina può variare. Nella classe della Neomicina (8) che comprende la Paromomicina (9), l'anello III è legato in posizione 5 dell'anello II (4-5-disostituito), mentre nella classe della Kanamicina (3) che comprende la Gentamicina (5), l'anello III è legato alla posizione 6 dell'anello II (4-6-disostituito). Tra gli aminoglicosidi il numero di anelli può variare da 2 a...

4. Tutti gli aminoglicosidi clinicamente utili contengono un anello II 4-6-disostituito. La Gentamicina C è un rappresentante di questa classe di aminoglicosidi ed è una miscela di 3 componenti, Gentamicina C1a, C2, C1 che sono differentemente metilati in posizione 6 dell'anello I (strutture 5-6-7).

Ancora, l'anello I della Gentamicina C manca del gruppo idrossile in 3 e 4 paragonato all'anello I della Paromomicina. Questi gruppi idrossile in 3, 4 e 6 sono coinvolti nell'interazione con il sito A dell'RNA nella struttura Paramomicina-sito A-RNA [7]. Il legame di ogni componente della Gentamicina C al sito A è stato studiato qualitativamente sulla subunità 30S e qualitativamente sull'oligonucleotide del sito A dell'RNA. Questo studio porta ad individuare un sito di legame comune sul ribosoma.

L'analisi quantitativa dell'impronta (footprinting) chimica del sito A ha mostrato che la Gentamicina C1a e C2 si legano

al sito con affinità simile, C1a è debolmente più alta di C2. Gentamicina C1 si lega al sito A con affinità più debole di 20-50 volte. L'aggiunta di un gruppo metile al carbonio 6 della Gentamicina C1a non incide sull'affinità del farmaco,