Sbobinature delle lezioni di Chemioterapia

Chemioterapia  

Sbobinature  delle  lezioni  di  Chemioterapia  

antimicrobica  e  antitumorale  realizzate  nell’anno  

accademico  2010/2011  

Matteo  P.  

NB:  Questi  appunti  sono  stato  realizzati  in  buona  parte  come  

trascrizioni  delle  lezioni  tenute  dai  docenti  del  corso  di  Farmacologia  

III,  in  parte  come  rielaborazione  di  informazioni  reperite  su  libri  di  

testo.  E’  il  (duro)  lavoro  di  un  vostro  compagno  e  pertanto  contiene  

sicuramente  qualche  errore.  Inoltre,  non  può  sostituire  la  frequenza  

alle  lezioni  e  bla  bla  bla  bla.    

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Introduzione  alla  chemioterapia  antimicrobica  

Un  antibiotico  è  una  molecola  naturale  che  sia  metabolita  secondario  di  microrganismi  

quali  eubatteri,  actinomiceti,  funghi  inferiori.  Questi  metaboliti  secondari  sono  prodotti  

in  coincidenza  della  differenziazione  di  strutture  cellulari  specializzate  finalizzate  alla  

sopravvivenza  della  cellula  in  condizioni  di  deprivazione  di  un  substrato.  Il  concetto  di  

metabolita  secondario  è  opposto  a  quello  di  metabolita  primario,  cioè  i  metaboliti  che  

vengono  utilizzati  per  le  funzioni  di  replicazione  cellulare,  per  il  metabolismo  degli  acidi  

nucleici  e  delle  proteine.  I  metaboliti  primari  sono  abbastanza  conservati  da  specie  a  

specie.  Diversamente,  i  metaboliti  secondari  sono  molto  diversi  da  specie  a  specie  e  sono  

contraddistinti  da  strutture  chimiche  particolari,  se  vogliamo  anche  piuttosto  

inconsuete.  Non  sono  sostanze  che  il  batterio  utilizza  per  nutrirsi  e  per  il  suo  

metabolismo,  bensì  si  tratta  di  sostanze  che  hanno  lo  scopo  di  difendere  il  microbo  da  

altri  microrganismi  e  di  aiutarlo  nella  competizione  per  i  substrati  energetici  togliendo  

di  mezzo  i  competitori.  Infatti,  i  batteri  della  nostra  flora  associata,  sempre  ben  nutriti,  

non  producono  antibiotici.  Diversamente  i  batteri  del  suolo  e  delle  acque,  che  si  trovano  

ad  affrontare  una  notevole  scarsità  di  substrati.  In  queste  condizioni,  l’esaurimento  dei  

substrati  energetici  determina  una  fase  di  crescita  non  più  logaritmica,  ma  a  plateau,  ed  

è  proprio  al  termine  di  questa  fase  di  crescita  che  i  batteri  mettono  in  atto  strategie  

metaboliche  di  resistenza:  la  formazione  di  spore  a  partire  dai  bacilli,  per  esempio,  è  un  

classico  adattamento.  In  questa  fase  sono  prodotti  anche  gli  antibiotici,  come  molecole  

in  grado  di  ostacolare  la  vita  di  altre  specie  in  competizione.  È  quello  che  accadde  alle  

colture  di  Fleming.    

Gli  streptomiceti  sono  tra  i  più  attivi  produttori  di  sostanze  ad  attività  antibiotica,  e  

addirittura  di  sostanze  che  nella  pratica  clinica  umana  sono  usati  non  come  antibatterici  

(amfenicoli,  cefalosporine,   -­‐lattamine  clavamiche,  aminoglucosidi,  macrolidi,  

β

lincosamidi…),  ma  come  chemioterapici  antitumorali:  sono,  per  esempio,  la  bleomicina  e  

la  mitomicina.  Anche  le  micromonosporacee  sono  attivi  produttori  di  sostanze  

antibiotiche  quali  gli  aminoglucosidi  (es:  gentamicina).  La  vancomicina  è  prodotta  da  

una  Nocardia.  I  composti  isolati  da  colture  e  sottoposti  a  screening  sono  stati  un  numero  

elevatissimo,  tra  5000  e  10000.    

Ma  i  batteri,  così  come  producono  gli  antibiotici,  hanno  anche  sviluppato  meccanismi  

genetici  in  grado  di  contrastare  questi  veleni:  possono  essere  enzimi  degradanti,  

mutazioni  a  carico  dei  targets  molecolari,  modificazioni  della  permeabilità  della  

membrana  e  quindi  dell’accessibilità  del  bersaglio,  produzione  di  pompe  di  efflusso.  I  

meccanismi  di  resistenza  sono  genetici,  ma  esistono  resistenza  e  sensibilità  a  

prioristiche  nei  confronti  di  un  antibiotico:  un  esempio  può  essere  la  resistenza  dei  

Gram  negativi  alla  penicillina.  La  sensibilità  ad  un  certo  antibiotico  varia  da  specie  a  

specie,  in  relazione  a  molte  varianti.  Durante  una  terapia  antibiotica,  certamente  

esistono  nell’individuo  anche  batteri  meno  sensibili  all’antibiotico  che  si  sta  usando  

(tutto  questo,  chiaramente,  in  relazione  alle  caratteristiche  biologiche  della  specie  che  

stiamo  considerando,  della  scelta  dell’antibiotico,  che  deve  essere  appropriata,  ecc…).  

Tuttavia,  questo  non  vuol  dire  necessariamente  che  tali  batteri  saranno  selezionati  e  che  

daranno  origine  ad  un’infezione  sostenuta  da  un  ceppo  resistente:  infatti  potranno  

anche  essere  eliminati  dal  prolungato  contatto  con  l’antibiotico  o,  meglio,  dal  sistema  

immunitario  dell’individuo.  Se  però  i  batteri  non  vengono  del  tutto  eradicati,  possono  

riespandarsi  e  creare  una  colonia  di  batteri  resistenti:  questo  può  accadere  quando  

viene  impiegata  una  posologa  sub-­‐ottimale.  In  ospedale,  invece,  l’uso  di  uno  stesso  

antibiotico  per  diverse  infezioni  in  uno  stesso  reparto  può  portare  nel  tempo  alla  

formazione  di  colonie  “ambientali”  che  albergano  in  quei  locali,  formate  da  batteri  che  

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ormai  hanno  potuto  sviluppare  ampiamente  resistenza  a  quel  dato  antibiotico.  Lo  

Stafilococco  Aureo  è  un  classico  esempio.    

In  generale,  il  materiale  genetico  che  conferisce  le  resistenze  può  essere  presente  

costitutivamente,  può  originare  da  mutazioni  puntiformi  singole  o  multiple,  oppure  può  

derivare  dall’acquisizione  di  materiale  genetico  di  tipo  trasposonico  o  plasmidico.  Gli  

elementi  mobili  possono  essere  trasferiti  da  una  specie  all’altra  o  tra  membri  di  una  

stessa  specie,  per  esempio  attraverso  il  processo  della  coniugazione.  Da  un  punto  di  

vista  clinico,  possiamo  assistere  ad  epidemie  di  infezioni  chemioresistenti  dovute  a  

sviluppo  o  passaggio  di  unità  replicative  (trasposoni  o  plasmidi).    

Tuttavia,  bisogna  tenere  presente  che  un  batterio  che  mette  in  atto  meccanismi  di  

resistenza  è  un  batterio  sofferente,  che  spende  gran  parte  della  sua  energia  per  tenere  in  

piedi  questi  meccanismi  di  resistenza  e  che,  spesso,  non  ha  neppure  un  buon  

rifornimento  di  nutrienti  (es:  riduzione  delle  porine).  Pertanto,  i  batteri  resistenti,  al  di  

fuori  del  paziente  immunocompromesso,  degli  ospedali,  delle  strutture  assistenziali,  

tende  ad  essere  sopraffatto  dagli  altri  batteri  wild.    

Meccanismi  di  Resistenza  

1. Ridotto  accumulo  di  farmaco  per  diminuita  permeabilità  cellulare  o  

aumento  dell’efflusso  al  livello  della  membrana  cellulare  

Sono  due  meccanismi  che  fanno  riferimento  alle  concentrazioni  di  antibiotico  a  livello  

della  cellula,  quindi  riguardano  antibiotici  che  agiscono  a  livello  intracellulare  o  

periplasmico.  La  diminuita  permeabilità  cellulare  è  dovuta  alla  riduzione  

dell’espressione  o  alla  modificazione  di  proteine  trasportatrici  che  mediano  l’influsso.  

L’aumentato  efflusso  è  dovuto  all’aumento  di  proteine  deputate  all’efflusso  di  sostanze  

dannose  per  il  batterio,  come  tensioattivi  e  metaboliti  secondari  di  altre  specie  

batteriche,  che  sono  formate  da  strutture  circolari  costituite  da  subunità  proteiche  che  

circondano  un  canale  attraverso  il  quale,  a  spesa  di  ATP,  vengono  estruse  sostanze  

antibiotiche.    Queste  sono  strutture  essenziali  sia  per  i  batteri  che  per  gli  animali  

superiori,  dove  mediano  l’efflusso  dalle  cellule  (specialmente  a  livello  degli  organi  

santuario)  di  sostanze  esogene  (xenobiotici)  dannose.  Un  esempio  è  la  Glicoproteina-­‐P,  

una  struttura  ad  alto  peso  molecolare  molto  simile  alle  pompe  di  efflusso  di  cui  sono  

dotati  i  procarioti.  Quando  queste  pompe  di  efflusso  siano  espresse  ad  alto  livello,  è  

chiaro  che  l’antibiotico  substrato  viene  più  facilmente  estruso,  con  decadimento  delle  

concentrazioni  intracellulari  e  azione  antibiotica  notevolmente  ridotta.  

2. Alterazioni  del  target  dell’antibiotico  

In  questo  caso,  il  farmaco  penetra  nelle  cellule,  ma  non  riesce  a  legarsi  con  affinità  

soddisfacente  al  suo  bersaglio,  o  non  vi  si  lega  affatto.  Classico  esempio  sono  le  

alterazioni  delle  PBPs,  i  recettori  delle   -­‐lattamine.    

β

Esempi:  

-­‐ -­‐lattamine  

β

-­‐ Macrolidi  

-­‐ Cotrimossazolo  (Trimetoprim  +  Sulfametossazolo)  

-­‐ Glicopeptidi  

-­‐ Fluorochinoloni  

Per  i  fluorochinoloni,  il  batterio  presenta  modificazioni  genetiche  a  carico  della  

topoisomerasi  II  (DNA  girasi).    

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3. Produzione  di  enzimi  extracellulari  o  intracellulari  che  modificano  o  

inattivano  il  farmaco  

Un  esempio  classico  è  quello  delle   -­‐lattamasi,  che  distruggono  l’anello   -­‐lattamico  

β β

rendendo  così  inattive  le  penicilline  e  le  cefalosporine.  Anche  per  gli  aminoglucosidi  i  

meccanismi  di  modificazione  enzimatica  sono  molto  importanti.  Possiamo  fare  una  

considerazione  importante:  in  teoria,  il  meccanismo  di  resistenza  tramite  inattivazione  

enzimatica  è  quello  preferibile,  poiché  l’antibiotico  viene  distrutto  e  non  esercita  più  

alcuna  pressione  selettiva  sui  ceppi  resistenti,  in  quanto  non  può  più  essere  attivo  su  

alcun  batterio.    

4. Alterazione  delle  vie  metaboliche  

Se  un  antibiotico  agisce  andando  ad  inibire  o  bloccare  una  certa  via  metabolica  

finalizzata  alla  produzione  di  un  certo  metabolita  fondamentale  per  la  loro  crescita  e  

sopravvivenza,  i  batteri  possono  “imp