Chimica farmaceutica - antibiotici intercalanti

ANTIBIOTICI INTERCALANTI: ANTRACICLINE

Struttura chimica e biosintesi

Dal punto di vista strutturale, gli antibiotici antraciclinici constano di una porzione agliconica, derivato tetraidrotetracenchinonico planare, legata glicosidicamente a un aminozucchero (daunosamina). Le strutture molecolari delle due antracicline in questione, daunorubicina e dossorubicina, differiscono solamente in uno dei sostituenti terminali (Fig. 1).

Biosinteticamente, le antracicline sono derivate inizialmente dalla condensazione di nove unità acetato e una unità propinato che portano alla formazione di un intermedio polichetonico, il quale a sua volta subirà una condensazione aldolica. Per azione di enzimi presenti nello Streptomyces, si formerà la dossorubicina come è indicato sommariamente nel seguente schema:

L'aminozucchero, L-daunosamina, è stato sintetizzato a partire dal D-mannosio:

Farmacocinetica e usi clinici

Le antracicline (daunorubicina e dossorubicina) di uso

Le antracicline sono somministrate esclusivamente per via endovenosa. Le concentrazioni ematiche massime si dimezzano nei primi 30 minuti dopo la somministrazione, ma livelli significativi permangono sino a 20 ore. Tali farmaci subiscono metabolismo epatico con riduzione o idrolisi dei sostituenti dell'anello. Un derivato alcolico è un metabolita attivo, mentre l'aglicone è inattivo. La loro via d'escrezione principale è quella biliare, ma questa via comporta il ricircolo enteroepatico di molecole citotossiche. Pertanto, in presenza di rilevanti aumenti di bilirubina sierica (> 2,5 mg %), la dose iniziale di antracicline deve essere ridotta del 75%. Circa 1/6 del farmaco somministrato e dei suoi metaboliti è eliminato attraverso le urine. La dossorubicina è uno dei più importanti farmaci antineoplastici, con applicazioni cliniche di rilievo nei tumori solidi come nel carcinoma mammario, dell'endometrio, delle ovaia, dei testicoli,

della tiroide, dei polmoni e nel trattamento di molti sarcomi, tra cui il neuroblastoma, l'osteosarcoma e il rabdomiosarcoma. È utile anche nelle neoplasie maligne dell'apparato emopoietico come la leucemia acuta e il mieloma multiplo. La principale indicazione della daunorubicina è la leucemia acuta, forma in cui il farmaco può avere un'attività leggermente superiore alla dossorubicina. Tuttavia, la daunorubicina possiede uno spettro d'azione più ristretto e la sua efficacia nei tumori solidi appare limitata. Come altri farmaci citotossici, le antracicline provocano depressione midollare, di breve durata ma con rapida ripresa. La loro tossicità specifica è rappresentata da una tossicità cardiaca potenzialmente irreversibile e correlata alla dose cumulativa. Ulteriore aspetto tossicologico è rappresentato dall'alopecia grave o totale a dosaggi standard. La daunorubicina (Daunoblastina), introdotta in

Italia e in Francia nel 1968, viene presentata in flaconcini da 20 mg di prodotto liofilo sterile. La si somministra per via endovenosa alla dose di 0,8-1 mg/Kg/giorno per 4 giorni (esame ematologico giornaliero, aggiustamento successivo della posologia a seconda dei risultati conseguiti). Il cloridrato di daunorubicina, il sale correntemente utilizzato, si presenta come polvere cristallina rosso-arancione, solubile in acqua, in metanolo e nelle soluzioni idroalcoliche.

La dossorubicina è il principio attivo delle specialità medicinali Adriblastina e Caelyx. Si somministra anch'essa per via endovenosa.

Come tutti i citostatici, sono farmaci inseriti nella Tabella V della F.U. XI Ed.; si tratta di medicinali concedibili dal S.S.N. con impiego limitato nell'ambito degli ospedali o delle strutture assimilate (case di cura e cliniche).

Meccanismo d'azione

L'attività biologica delle antracicline, dosso- e daunorubicina, è ampia. I principali meccanismi,

alla base della loro tossicità nei confronti delle celluleneoplastiche o delle strutture dell'organismo, sono tre: 1) un legame ad alta affinità per il DNA, dovuto ad intercalazione e che determina un blocco della sintesi degli acidi nucleici oltre che una scissione dei filamenti del DNA, mediata da modificazioni della topoisomerasi II; 2) un legame alle membrane che ne altera la fluidità e il trasporto degli ioni; 3) la produzione di un radicale libero semichinonico e di radicali dell'ossigeno attraverso un processo enzimatico di riduzione. Questo ultimo meccanismo potrebbe essere responsabile della cardiotossicità, a seguito di un danno di membrana causato da radicali dell'ossigeno soprattutto in presenza di ioni ferrosi. Possedendo, infatti, gruppi chinonici e fenolici, le antracicline sono in grado di formare complessi chelati con cationi bivalenti (calcio e ferro), complessi questi più attivi e meno cardiotossici. Sebbene gli ioniferrosi possano reagire con l'O₂ per dare O^2-, H₂O₂ e OH^-, sempre per la presenza del sistema chinone-idrochinone, le antracicline possono partecipare alle reazioni ossidoriduttive che avvengono nei sistemi biologici. L'importanza dell'attività ossidante come evento responsabile della citotossicità è suggerita anche dall'osservazione che cellule con spiccata attività dismutasica o catalasica sono molto meno sensibili alle antracicline. In particolare la daunorubicina possiede una spiccata miocardiotossicità legata alla formazione di radicali liberi in grado di danneggiare le membrane cellulari. Ancora più importante è la capacità del sistema planare dell'antrachinone ad intercalarsi tra le coppie di basi del DNA. L'intercalazione è un processo di legame al DNA che ha luogo facendo intervenire solo forze di tipo fisico. Durante l'intercalazione, l'intercalante con la sua.

struttura generalmente planare si inserisce inmaniera parallela alle coppie adiacenti di basi. Uno dei risultati di tale processo è l'allungamento del DNA; ciò provoca variazioni nelle proprietà idrodinamiche,distorsioni dell'elica dell'acido nucleico e modificazioni nella topologia delle basi⁴. La presenza di un agente intercalante nel DNA va a perturbare anche l'azione delle topoisomerasi impedendo così l'avvolgimento delle due catene. Si pensa che il principale meccanismo d'azione della daunorubicina e delladossorubicina sia un loro legame reversibile con la molecola di DNA nucleare che causa l'inibizione dei processi di replicazione e di conseguenza la morte cellulare. Numerosi studi biochimici, supportati da risultati cristallografici ottenuti medianteraggi-X e spettroscopici ottenuti mediante NMR, hanno dimostrato che dauno- edossorubicina si intercalano nella forma B del DNA bicatenario con interazione

sito-5 (Fig. 2).specifico guanina-citosina d(CpG)

Fig. 2La Fig. 2 è un esempio di intercalazione di un'antraciclina, in particolare la6daunorubicina, col DNA. Il sistema aromatico planare della antraciclina si inserisceperpendicolarmente all'asse della doppia elica, preferenzialmente e in maniera quasiparallela tra due coppie di basi G-C e C-G del DNA. La stabilità del complesso èconferita ulteriormente dall'anello dell'aminozucchero (daunosamina) che,inserendosi nel solco minore del DNA, interagisce a sua volta con lo scheletro di7zucchero e fosfato dell'acido nucleico (Fig.3 ). Questo legame col DNA è l'elementonecessario per l'inibizione della sintesi degli acidi nucleici nelle cellule cancerose (inparticolare viene inibita la sintesi del DNA e del RNA, DNA dipendente) ed è la4causa dell'attività antitumorale e citotossica.

Fig. 3In particolare, le coppie di basi sopra e sotto il farmaco

cambiano conformazione provocando una distorsione nell'elica del DNA, prevenendo così il legame con la DNA elicasi, con la DNA topoisomerasi e con la famiglia delle polimerasi, enzimi tutti che danno inizio alla duplicazione del DNA attraverso la sintesi del RNA, la formazione di proteine e quindi la divisione cellulare.

Come conseguenza dell'intercalazione con la daunorubicina, risulta che le coppie di basi G-C e C-G si "curvino" di circa 9° e 15° rispettivamente per prevenire eccessivi legami di Van der Waal's. Inoltre, tra le coppie di basi intercorre una distanza da 3.4 A a 6.8 A quando è presente l'intercalante e queste distorsioni portano a un totale svolgimento del DNA di circa 8° e a una distorsione della struttura terziaria dell'elica sebbene sia ancora vicina alla conformazione B del DNA.

Parecchi fattori giocano un ruolo importante nella stabilizzazione del complesso farmaco-DNA. L'antraciclina è

stabilizzata dal legame idrogeno elettrostatico e dai legami π tra il cromoforo chinone elettron-deficiente e le basi purine-pirimidinericche di elettroni. Si è visto che una antraciclina mancante del gruppo idrossilico in C-9 a destra dell'anello A (Fig. 1) è priva di attività antitumorale. Inoltre l'atomo di idrogeno del gruppo amminico solvatato si lega all'O-2 della tiamina (T10) e a due molecole di acqua. La sostituzione dell'atomo di idrogeno in C-13 dell'antraciclina con il gruppo idrossilico, come avviene per la dossorubicina, ha creato ulteriori legami idrogeno coi solventi attorno al sostituente. Conclusioni e prospettive Sia la daunorubicina che la dossirubicina provocano la rottura a singola catena del DNA e pregiudicano la possibilità di riparo. Diverse teorie sono state avanzate a tal proposito. Una suggerisce che l'intercalazione porti a variazioni della topografia del DNA cromatinico che rendono questo acido.nucleico irriconoscibile agli enzimi di riparo. Infatti il bersaglio delle antracicline è anche la topoisomerasi II, enzima che modifica la topologia del DNA durante la trascrizione, replicazione e ricombinazione del DNA. Produce rotture transitorie del doppio filamento, ma ne catalizzano anche la "ligazione". Questi farmaci inducono la formazione di un complesso ternario DNA-farmaco-topoisomerasi II, in cui i filamenti del DNA sono rotti e legati in 5' a un residuo tirosinico dell'enzima. Questo processo può causare delezioni, inserzioni e aberrazioni cromosomiali che conducono a danno e morte cellulare. Un'altra teoria prevede che le antracicline siano attivate a radicali che causano la formazione di superossidi, i quali a loro volta danneggerebbero il DNA. Questa trasformazione a radicali è promossa da una P450 reduttasi di.