Antibatterici

Antibatterici: meccanismi di resistenza

Le resistenze possono avvenire attraverso 4 meccanismi principali:

1. Produzione di enzimi inattivanti il farmaco (es. betalattamasi)

che trasformano il farmaco in metaboliti inattivi

2. Modifica del target biologico:

A. modifica strutturale del binding site che non riconosce più il

farmaco o riconosce con maggior affinità il substrato naturale

B. sostituzione della via metabolica inibita con un’altra via parallela

C. Over-espressione del target biologico

3. Alterata permeabilità cellulare volta a ridurne la [] intrabatterica

A. Riduzione dei trasportatori per influsso

B. Aumento dei trasportatori per efflusso

4. Inattivazione dell’enzima che attiva il farmaco (profarmaco)

Antibatterici: meccanismi di resistenza

Le resistenze insorgono essenzialmente a causa di un uso eccessivo,

inappropriato ed empirico degli antibatterici specie quelli ad ampio

spettro. Antimetaboliti

Inibitori del metabolismo

dell’acido folico

L’acido folico e i suoi analoghi

L’acido folico e i suoi analoghi

L’acido tetraidrofolico (FH4) è coinvolto in reazioni enzimatiche come precursore

di cofattori che donano unità carboniose ed è essenziale sia nell’uomo sia nei

batteri, ma…

• L’uomo non è in grado di biosintetizzare FH4 e lo assume dalla dieta

(vitamina)

• I batteri non sono in grado di assumere FH4 dall’esterno ma sono capaci di

biosintetizzarlo secondo le necessità, quindi:

Inibire enzimi coinvolti nella biosintesi del FH4 colpisce i batteri ma non l’uomo

(selettività d’azione)

L’acido folico e i suoi analoghi

La diidropteroato sintasi (DHPS)

Idrossimetil diidro è un’enzima chiave e specifico

pteridina pirofosfato della sintesi di FH4; è presente

solo nei batteri

Acido diidropteroico

L’acido folico e i suoi analoghi

Fino alla sintesi del DHF le vie metaboliche sono

specifiche dei batteri, le reazioni successive che

portano alla sintesi e all’utilizzo del THF e del suo

metilen derivato nella sintesi della timidina sono

comuni con l’uomo

I sulfamidici

1935: Gerhard Domagk scopre che il colorante azoico Prontosil rubrum ha una spiccata

attività antibatterica e per questa scoperta vince il premio Nobel per la medicina nel 1939

4-[(2,4-diamminofenil)azo] benzenesulfonammide

Gerhard Domagk

(1895 – 1964) I sulfamidici

1936: Daniel Bovet scopre che il prontosil rubrum è in realtà il profarmaco della

sulfanilamide che è la molecole dotata di attività antibatterica. Premio Nobel nel 1957

Attivo in vivo ma

non in vitro

Attivo in vivo e in

vitro

Daniel Bovet L’urina degli animali trattati con Prontosil risultava priva di

(1907 – 1992) Prontosil, ma ancora attiva come antibatterico

I sulfamidici

1940: Woods e Fildes propongono che la sulfanilamide agisca con un meccanismo di

antagonismo competitivo ossia spiazzando il metabolita naturale (il PABA) e bloccando

l’enzima la cui reazione richiede tale substrato (ossia la diidropteroato sintasi).

pKb = 11.6

pKb = 11.6

pKa = 4.9 pKa = 10.4 

SO NHAr: pKa 6

2

I sulfamidici

I sulfamidici possono agire con due meccanismi:

- Inibendo la diidropteroato sintetasi

- Formando intermedi pterin-sulfamidici che non

possono più reagire con l’acido glutammmico

I sulfamidici

• I sulfamidici hanno ampio spettro

d’azione. Agiscono sulla maggior

parte dei batteri Gram+ e Gram-, su

protozoi, miceti e clamidie.

• Sono stati utilizzati anche contro la

malaria, e sono ancora in uso per la

toxoplasmosi e la blastomicosi

sudamericana.

• Non sono attivi contro gli

actinomiceti, le spirochete e le

ricketsie.

• Trovano ancora impiego contro le

infezioni delle vie urinarie,

dell'intestino, dell'occhio,

dell'orecchio e delle prime vie

respiratorie.

• Non vengono usati per applicazioni

topiche perché hanno scarsa

efficacia.

I sulfamidici: relazioni struttura –attività (SAR)

• Il gruppo para-NH2 è essenziale per l’attività

• Il gruppo SO NHR deve essere direttamente collegato

2

all’anello

• Anelli diversi dal fenile o sostituiti in 2,3,4 e 5 inducono

inattività

• Sostituenti R all’azoto solfonamidico, specialmente se

eterociclici, aumentano l’attività e allargano lo spettro

• antibatterico ( Gram -), mentre solfonamidi bisostituite

sono inattive

• Sostituenti R’ all’azoto amminico portano ad inattività a meno

che non siano profarmaci ossia gruppi idrolizzabili che in vivo

liberano il gruppo NH (per esempio sulfamidici intestinali)

2

I sulfamidici: relazioni struttura –attività (SAR)

Se il sostituente R contiene gruppi proton donatori, il sulfamidico viene

assorbito con difficoltà (sulfamidici intestinali)

sulfaguanolo

sulfaguanidina Acido sulfalossico

I sulfamidici: relazioni struttura –attività (SAR)

Se il sostituente R contiene gruppi proton accettori, il sulfamidico viene

assorbito facilmente e lentamente eliminato (sulfamidici sistemici)

Sulfadimetossina t = 35 h Sulfametossipiridazina t = 40 h

1/2 1/2

Sulfametossipirazina t = 65 h Sulfadossina t = 100 h

1/2 1/2

I sulfamidici: relazioni struttura –attività (SAR)

Se il sostituente R non contiene gruppi che instaurano forti legami di

idrogeno, il sulfamidico viene facilmente assorbito e rapidamente escreto

(sulfamidici urinari). Si ricordi che la capacità degli eterocicli di formare

legami di idrogeno è limitata Sulfametossazolo t = 10 h

1/2

Sulfafurazolo t = 6 h

Sulfatiazolo t = 4 h 1/2

1/2

I sulfamidici: lipofilia e acidità

Sulfamidici ad elevata lipofilia hanno

una buona biodisponibilità anche se la

molecola deve esprimere un

compromesso bilanciato tra gruppi

lipofili e idrofili per consentire il

riconoscimento da parte dei

trasportatori tubulari ed evitare una

rapida eliminazione.

lipofilia Questo compromesso è ben documentato

dalla relazione tra MIC e pK del gruppo

sulfonamidico che deve essere

abbastanza acido per mimare il carbossile

del PABA ma non troppo acido per evitare

che il composto sia completamente

ionizzato a pH fisiologico e incapace di

permeare le membrane pK ottimale 6.3

I sulfamidici: metabolismo

I sulfamidici possono in generale dare tre principali metaboliti:

1) N4-acetilazione

Gli N-acetil metaboliti sono meno solubili del farmaco tal quale e possono provocare

cristalluria ossia formazione di cristalli a livello renale con effetti nefropatici. Ciò si

verificava soprattutto con i primi derivati che erano di norma poco idrosolubili. I

sulfamidici più moderni hanno una maggiore idrosolubilità e pertanto presentano una

minor probabilità di dare precipitati

I sulfamidici: metabolismo

I sulfamidici possono in generale dare tre principali metaboliti:

2) N1-Glucuronazione

Si tratta di un metabolismo competitivo tra l’acetilazione e la glucuronazione: in teoria

entrambe le reazioni metaboliche possono avvenire su entrambi gli atomi di azoto; in

pratica sia ha quasi esclusivamente la N1 glucuronazione e la N4 acetilazione. Il

glucuronide molto idrofilo concorre ad aumentare la idrosolubilità dell’acetilderivato

evitando così la formazione di precipitati a livello renale.

I sulfamidici: metabolismo

I sulfamidici possono in generale dare tre principali metaboliti:

2) N4-Ossidazione

L’ossidazione del gruppo N4 a nitroso derivato produce un metabolita elettrofilo reattivo

che, se non detossificato dal GSH, può dare addotti covalenti su gruppi cisteinici delle

proteine. Questi addotti possono scatenare risposte immunitarie pertanto i sulfamidici si

comportano da pro-apteni.

I sulfamidici: effetti tossici

I sulfamidici sono considerati farmaci relativamente sicuri e con un buon

indice terapeutico. Tale profilo di ridotta tossicità è ulteriormente migliorato

con i derivati più recenti. I principali effetti tossici riscontrati sono così

schematizzabili:

• Comuni: reazioni allergiche, fotosensibilizzazione, febbre

• Meno comuni: danni epatici e renali, anemia emolitica

• Molto rari: eritema multiforme (talvolta fatale), ulcerazione delle

membrane (occhi, bocca uretra)

A parte gli effetti nefropatici dovuti alla scarsa solubilità degli acetil metaboliti,

tutti gli altri effetti collaterali sono sostanzialmente riconducibili alla

formazione di metaboliti reattivi con formazione di addotti proteici. Gli eventi

molto rari sono esempi di reazioni idiosincratiche

I sulfamidici: farmacoresistenza

I sulfamidici possono indurre farmacoresistenza attraverso 4 diversi

meccanismi:

• Minore affinità (1:200) per il sulfamidico che per il PABA dovuta a

mutazioni a livello dell’enzima che alterano la specificità del legame al

substrato

• Sovrapproduzione di PABA

• Capacità di assumere e utilizzare FH2 dell’ospite

• Alterata permeabilità del microrganismo ai sulfamidici

I sulfamidici: sulfasalazina

La sulfasalazina a livello intestinale libera la mesalazina che ha azione antiinfiammatoria

intestanale e la sulfapiridina con effetto antibatterico.

La sulfasalazina viene utilizzata nel trattamento delle infiammazioni dell'intestino, della

diarrea, di emorragie intestinali e del dolore addominale nei pazienti con colite ulcerosa

o Malattia di Crohn. La diidrofolato reduttasi (DHFR)

La via metabolica è comune all’uomo ed ai

batteri, ma l’enzima implicato (DHFR) presenta

differenze tali da consentire il disegno di

inibitori specie specifici.

Molti enzimi sono conservati tra le specie

come ruolo metabolico e meccanismo

catalitico ma presentano mutazioni sostanziali

nel sito di legame (isoenzimi)

La diidrofolato reduttasi (DHFR): inibitori

La diidrofolato reduttasi (DHFR): inibitori

METOTRESSATO

• Utilizzato come antimetabolita nella terapia antitumorale

• Utilizzato nel trattamento della psoriasi (proliferazione eccessivamente elevata delle

cellule epidermiche)

• Potente inibitore delle reazioni immunologiche ed impiegato come

immunosoppressore (es. nei trapianti di organo, lupus)

TRIMETOPRIM

• Antibatterico ad ampio spettro: attivo verso la maggioranza dei microrganismi sia

Gram+ sia Gram-

• Può indurre farmacoresistenza se somministrato da solo

• Impiegato in associazione con sulfametossazolo con cui instaura un’azione sinergica

PIRIMETAMINA

• Molto efficace nei confronti dei plasmodi