Chimica farmaceutica - Macrolidi

Caratteristiche farmacologiche

2.1 Attività antibatterica

I macrolidi sono agenti batteriostatici che esplicano la loro maggiore attività a pH alcalino. Il loro spettro d'azione è molto simile e comprende vari cocci, bacilli ed anaerobi sia gram-positivi che gram-negativi, rickettsie, chlamydie, mycoplasma pneumoniae, spirochete, micobatteri atipici e toxoplasma gondii ma non presentano attività su enterobatteri (Bryskier A., 1998).

Le indicazioni cliniche riguardano in particolar modo le infezioni delle vie respiratorie, ma vengono utilizzati anche per il trattamento di sifilide, tetano, gonorrea e difterite.

2.2 Meccanismo d'azione

Il meccanismo d'azione dei

La lunghezza degli oligopeptidi si basa sulla capacità dei macrolidi di inibire la sintesi proteica nei batteri legandosi alla subunità ribosomiale 50S e inibendo lo stadio di traslocazione, durante il quale una molecola di tRNA neosintetizzata si sposta sul ribosoma dal sito accettore (sito A) al sito donatore o peptidilico (sito P), provocando così l'arresto della riproduzione batterica (Brisson N.A. et al., 1988).

L'inibizione della sintesi proteica da parte dei macrolidi ha due caratteristiche distinte:

1. I macrolidi non inibiscono l'attività di formazione del legame peptidico dei ribosomi che hanno già iniziato la sintesi proteica.
2. I ribosomi, che non sono legati a peptidi nascenti, possono sintetizzare peptidi in presenza di alcuni macrolidi ma la sintesi termina prima della produzione di una catena a cinque aminoacidi (Odom O.W. et al., 1991).

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sintetizzati in presenza dei macrolidi è determinata dall'estensione del sostituente zuccherino sul C5 dell'anellolattonico che penetra nel centro della peptidiltransferasi. L'eritromicina, che come l'azitromicina ha un monosaccaride in questa posizione, permette la sintesi di peptidi più lunghi (tri o tetrapeptidi) di quelli che permette la spiramicina con il suo disaccaride (dipeptidi) o la carbomicina, meno permissiva per il prolungamento dell'isobutirato sul disaccaride, che inibisce la formazione del primo legame peptidico (fig. 14-15) (Poulsen S.M. et al., 2000). 2.3 Resistenza Negli anni 50 cominciarono a comparire alcuni ceppi batterici resistenti non solo all'eritromicina ma a molti altri macrolidi, per questo motivo la loro utilità clinica è diminuita. I meccanismi di resistenza batterica prevedono la riduzione della permeabilità batterica, visto che per i macrolidi il sito d'azione è intracellulare, la

loro inattivazione enzimatica, mediata da enzimi di tipo esterasico che li7idrolizzano inattivandoli, e la modificazione del bersaglio, che rappresenta ilmeccanismo più comune di resistenza batterica (Lucier T.S. et al., 1995).

In particolare, ceppi batterici come H. marismortui che presentano la baseguanina in posizione 2099 (G2099) al posto dell’adenina (A2099) sulla subunitàribosomiale 50S, risultano resistenti all’eritromicina ma non alla carbomicina A,per la presenza del legame covalente che si forma tra l’adenina 2103 ed imacrolidi a 16 atomi che hanno un sostituente aldeidico sul C6 dell’anellolattonico (fig. 9). L’adenina viene preferita alla guanina perché favorisce laformazione di legami idrogeno.

La mutazione di A2103 in G2103 conferisce resistenza a molti macrolidi a16 atomi ma non a quelli a 14 e 15 atomi per la presenza del legamecarbinolaminico caratteristico delle strutture più grandi (fig. 9). Questo tipo

dilegame è stato scoperto tramite cristallografia a raggi X e qualsiasi modifica del gruppo aldeidico, anche la riduzione ad un gruppo ossidrilico, provoca un incremento della concentrazione minima inibente (MIC). La spiegazione più semplice a questa osservazione è che il legame carbinolaminico si sviluppa anche in vivo (Kirst H.A et al., 1988).

Fig. 9. Legame carbinolaminico.

Nei batteri come E. Coli la resistenza ai macrolidi è anche dovuta alla metilazione dell'N6 dell'adenina presente sempre in posizione 2099. I gruppi metilici aggiunti in questa posizione interferiscono stericamente con il micaminosio (desossamina), legato al C5 dell'anello lattonico, diminuendo l'affinità del ribosoma per tutti i macrolidi (fig. 10) (Garza-Ramos G. et al., 2001).

Fig. 10. Modificazioni del bersaglio che creano resistenza ai macrolidi.

2.4 Farmacocinetica

I macrolidi hanno in comune alcune caratteristiche farmacocinetiche, presentano elevata

diffusione tissutale con penetrazione ed accumulo intracellulare. La biotrasformazione metabolica è intensa, caratterizzata da un effetto di primo passaggio epatico seguito da una fase entero-epatica. I metaboliti che si formano spesso conservano le proprietà antibatteriche, infatti, l'eritromicina e la troleandomicina dopo demetilazione ed ossidazione della funzione amminica terziaria formano nitrosoalcani che si comportano da inibitori metabolici dei processi ossidativi di alcuni farmaci associati come teofillina, carbamazepina ed estrogeni. L'eliminazione avviene prevalentemente per via biliare e fecale, scarsa è l'eliminazione renale. Caratteristiche differenziali tra i vari macrolidi sono la biodisponibilità orale, in relazione all'idrolisi o alla resistenza in ambiente acido, e la percentuale di legame alle proteine plasmatiche (elevata per l'eritromicina, scarsa per l'aspiramicina) (Goodman & Gilman, 1997). L'eritromicina in.

Ambiente acido-gastrico è instabile perciò in terapia viene utilizzata sotto forma di sali o esteri. I sali al gruppo dimetilaminico della desossamina sono l'eritromicina stearato usata per via orale e topica, e l'eritromicina lattobionato usata per via parenterale. Gli esteri al gruppo 2'OH della porzione desossiaminica sono l'eritromicina etilsuccinato e l'eritromicina propionato (estolato), (fig. 11). Queste forme sono attive solo in vivo, sono pertanto pro-farmaci che nell'organismo vengono idrolizzati enzimaticamente liberando l'antibiotico madre.

La claritromicina differisce dall'eritromicina per la metilazione del gruppo idrossilico in posizione 6, mentre l'azitromicina presenta l'introduzione di un gruppo aminometilico nell'anello lattonico. Queste modificazioni strutturali migliorano la stabilità in ambiente acido, la penetrazione tissutale ed ampliano lo spettro d'azione.

10 Eritromicina

stearatoEritromicina estolatoEritromicina lattobionatoEritromicina etilsuccinatoFig. 11. Sali ed esteri dell’eritromicina.

112.5 Effetti collaterali

I macrolidi sono antibiotici ben tollerati che raramente possono causare lievi disturbi gastro-enterici dose dipendenti, reazioni allergiche, reazioni locali come flebiti e tromboflebiti dopo perfusione endovenosa ed epatotossicità, in particolare l’eritromicina estolato può causare epatite colestatica acuta con febbre, ittero ed alterazione della funzionalità epatica. In caso di insufficienza epatica bisogna evitare la somministrazione dei macrolidi più epatotossici quali eritromicina, troleandomicina e roxitromicina (Goodman & Gilman, 1997).

2.6 Interazioni farmacologiche

L’eritromicina può potenziare l’effetto di alcuni farmaci inibendo il loro metabolismo sempre mediato dal citocromo P450. Associazioni da evitare sono con la carbamazepina per l’aumento della neurotossicità.

con la teofillina per l'aumento delle convulsioni e con estroprogestinici per il rischio di epatotossicità. L'associazione con cloramfenicolo e lincosamidi è da evitare per l'antagonismo competitivo a livello dello stesso sito d'azione. I macrolidi possono anche dare interazioni farmacologiche utili nei confronti di vari germi patogeni per effetto additivo con gli aminoglicosidi, fluorochinoloni, nitroimidazoli e sulfamidici (Goodman & Gilman, 1997). 3. RELAZIONE STRUTTURA ATTIVITÀ Dallo studio delle relazioni struttura attività è emerso che l'attività dell'eritromicina è massima quando ambedue le porzioni zuccherine sono presenti nell'eteroside. Il cladinosio può essere modificato, ma non eliminato ed è risultato evidente che non è coinvolto nel legame con il ribosoma. La desossamina non può essere modificata ed il gruppo dimetilaminico in essa presente è coinvolto.

Nell'interazione con i ribosomi (Mabe S. et al., 2004).

3.1 SAR: studi cristallografici e Drug Targeting

Studi cristallografici con metodi di diffrazione a raggi X evidenziano il legame tra la subunità ribosomiale 50S di Haloarcula marismortui e macrolidi quali carbomicina A (fig. 12), eritromicina e spiramicina.

Le strutture cristalline rilevano che questi macrolidi si legano alla subunità ribosomiale 50S in una parte stretta del sito di uscita dei peptidi, in un punto che si trova tra il centro della peptidiltransferasi ed il restringimento di questo sito vicino alle proteine L4 ed L22, con la conseguente chiusura del sito in modo che una catena polipeptidica in formazione non possa superarlo (fig. 13A-C) (Kirillov S. et al., 1997).

(giallo).C: chiusura del sito transferasico in seguito al legame della carbomicina (rosso).Gli atomi verdi sono le basi che interagiscono con i macrolidi.La base A2103 della grossa subunità ribosomiale che forma parte dellaparete del sito transferasico, giace in maniera piana ed è l’unica componente lacui posizione cambia in maniera significativa in seguito al legame dei macrolidia 16 atomi, spostandosi all’interno del lume del tunnel (fig. 13B).Il ramo saccaridico legato al carbonio 5 dell’anello lattonico dei macrolidi,si estende verso il centro della peptidiltransferasi e ciò spiega perché macrolidicon ramificazioni lunghe, come la carbomicina A, interferiscono in maniera piùmarcata con l’attività di questo centro rispetto ai macrolidi con ramificazionicorte come eritromicina ed azitromicina (fig.14-15) (Hansen J.L. et al., 2002)