FARMACI ANTIMICOBATTERICI

Transcript

1 FARMACI ATIMICBATTERICI Si dicono antileprotici (antilebbra, leprostatici) quei farmaci che manifestano attività batteriostatica nei confronti del bacillo della lebbra, il Mycobacterium leprae o bacillo di ansen. Si definiscono antitubercolari i farmaci attivi contro il bacillo della tubercolosi, il Mycobacterium tuberculosis o bacillo di Koch, uno schizomicete dell ordine degli Attinomicetali, aerobio obbligato con condizioni ottimali di sviluppo alla temperatura di C e al p di 6,8-7,0. I due bacilli hanno caratteristiche biochimiche molto simili e ciò giustifica in parte il decorso parallelo delle ricerche chimiche e farmacologiche nei due settori, quello della chemioterapia antileprosa e quello della chemioterapia antitubercolare. ntre la lebbra come fenomeno endemico resta oggi localizzata in poche e particolari aree geografiche (Asia, Africa), la tubercolosi è una malattia infettiva cronica più diffusa, che interessa il sistema respiratorio in particolare (tubercolosi polmonare) ma che può colpire anche i sistemi gastrointestinale, linfatico, urogenitale e nervoso (tubercolosi extrapolmonare). La localizzazione extrapolmonare clinicamente più grave di tubercolosi è quella meningea. La meningite tubercolare, secondaria ad altro focolaio polmonare, aveva prognosi letale prima dell avvento degli antibiotici; l impiego della streptomicina per via endorachidea ha permesso la guarigione in parecchi casi. La tubercolosi è patologicamente caratterizzata da lesioni degenerative e necrotiche dei tessuti colpiti con formazione di granulomi tubercolari o tubercoli, entro i quali il micobatterio protetto prolifera. Come fenomeno di massa è stata stroncata dai moderni chemioterapici, in particolare dalla isoniazide. La difficoltà di guarigione incontrata in moltissimi casi è dovuta al fatto che il bacillo è avvolto da una membrana di sostanza cerea che lo rende particolarmente resistente agli agenti fisici e chimici. Essa è chimicamente costituita da sostanze albuminoidee, da idrati di carbonio, da sostanze grasse e da sali minerali. Il recente reinsorgere della tubercolosi nei Paesi industrializzati, dopo decenni durante i quali si pensava che questa infezione fosse stata debellata, ha portato in primo piano improvvisamente il bisogno di nuovi agenti terapeutici e diagnostici antitubercolari. Molto allarmante è anche l aumento dei casi di tubercolosi resistente al trattamento chemioterapico o multidrug-resistant (MDR) tuberculosis. L rganizzazione Mondiale della Sanità (W) nel 1996 ha stimato che in un decennio 30 milioni di persone moriranno di tubercolosi in tutto il mondo. Ugualmente urgente è la necessità di trovare nuovi approcci nella ricerca per combattere più efficacemente il diffondersi della tubercolosi e di altre infezioni micobatteriche, in particolare quelle dovute a M. 1

2 avium ed a M. leprae. on è certamente per caso che molto recentemente sia negli USA che in Italia siano state lanciate campagne a sostegno della ricerca antitubercolare. La patologia IV e l infezione tubercolotica si rinforzano a vicenda a danno del paziente ed il fatto che i motivi di questo sinergismo non siano stati ancora chiariti non può non suscitare ulteriore allarme nei confronti delle infezioni micobatteriche. Antileprotici La chemioterapia antileprosa e quella antitubercolare hanno avuto inizio praticamente intorno al 1940, quando è stato introdotto nella pratica terapeutica di queste malattie l uso del DDS o dapsone o 4,4 -diaminodifenilsolfone. Questo farmaco, che oggi non trova più applicazione nella cura della tubercolosi, resta sempre uno dei farmaci più attivi e validi contro la lebbra. Il DDS ha soppiantato nell uso terapeutico l olio di chaulmoogra, un prodotto naturale estratto dai semi di alcune piante del genere ydnocarpus che gli indigeni del Sud America, dell Africa e dell India usavano per la cura della lebbra fin dall antichità. Accanto al DDS, capostipite dei solfoni antilebbra e strutturalmente collegato ai sulfamidici (vedi principio di vinilogia), trovano ampia applicazione clinica alcuni suoi succedanei, il più importante dei quali è l acedapsone. Quest ultimo è oggi considerato un farmaco antileprotico di scelta primaria. Esso agisce come farmaco ritardo o deposito, in quanto viene metabolizzato lentamente nell organismo con la messa in libertà di piccole quantità di DDS, il vero composto attivo. Si evitano così le frequenti somministrazioni richieste dall uso del DDS, che presenta l inconveniente di venire eliminato troppo rapidamente dall organismo. L acedapsone viene somministrato per via intramuscolare alla dose di 225 mg ogni due o tre mesi per un periodo di circa tre anni. La sintesi del DDS (Tavola 1) viene realizzata per acilazione secondo Friedel-Crafts del clorobenzene con 4-clorobenzensolfonil cloruro in presenza di AlCl 3 ; il diclorodifenilsolfone ottenuto, per trattamento con ammoniaca sotto pressione, fornisce il composto atteso. Antitubercolari La chemioterapia antitubercolare, che all inizio si muoveva in parallelo con quella antileprotica, ha acquistato una propria fisionomia con la scoperta nel 1944 della streptomicina, il primo antibiotico ad essere usato nella cura della tubercolosi, e con il successivo avvento nel 1952 della isoniazide. Caduto così in disuso il DDS come antitubercolare, le ricerche chimiche e farmacologiche hanno portato alla scoperta di numerosi nuovi composti e la moderna terapia della tubercolosi dispone 2

3 oggi di potenti mezzi terapeutici classificabili in medicamenti antitubercolari di scelta primaria e medicamenti antitubercolari di scelta secondaria, questi ultimi utili in particolare in associazione con i primi a motivo della loro più modesta attività. Antitubercolari di scelta primaria Un posto preminente occupano in questo gruppo l isoniazide, l etambutolo e la rifampicina, seguiti subito dopo dalla streptomicina. Isoniazide (II) L isoniazide o idrazide dell acido isonicotinico (II), scoperta casualmente nel corso di indagini su tiosemicarbazoni di aldeidi aromatiche eterocicliche correlati con il tiacetazone, è oggi uno dei più importanti chemioterapici antitubercolari. E molto attiva e pochissimo tossica (effetti collaterali sono cefalea, vertigini e neurotossicità), ma ha lo svantaggio di presentare il fenomeno della chemioresistenza. Infatti con il tempo, essendo la tubercolosi una malattia cronica a lungo decorso che richiede lunghi tempi di cure, si formano ceppi di micobatterio tubercolare capaci di resistere all azione dell II. 1 A questo inconveniente, più o meno tipico di tutti i chemioterapici antitubercolari (e non solo antitubercolari) si ovvia con la somministrazione di altri antitubercolari di scelta primaria o con l uso di associazioni di II con altri antitubercolari di scelta primaria o secondaria. Tra queste, una associazione ternaria molto usata è costituita da isoniazide-etambutolo-rifampicina. Alla terapia ternaria, adottata ormai comunemente all inizio della malattia, fa poi seguito, con il migliorare delle condizioni dell ammalato, una terapia binaria od una monochemioterapia a seconda dei casi. L II viene somministrata generalmente per via orale in compresse da 50 mg o come sciroppo e talvolta per via parenterale o rettale. A quasi cinquant anni dall ingresso in terapia dell II, ancora non è noto con certezza il meccanismo d azione di questo farmaco (come pure degli altri antitubercolari, eccezion fatta per la rifampicina). L II è altamente specifico per il M. tuberculosis, ma le ragioni di tale specificità non sono ancora del tutto chiarite. Si ottiene sinteticamente a partire dalla piridina (Tavola 2). Questa per trattamento con zinco in presenza di anidride acetica subisce una dimerizzazione riduttiva a dipiridilderivato, che per riscaldamento perde piridina per dare una diacetildiidropiridina. Per riduzione di questo con zinco ed acido cloridrico (riduzione di Clemmensen) si ottiene la 4-etilpiridina, che viene a sua volta ossidata sulla catena laterale ad acido 4-piridincarbossilico o acido isonicotinico. Da questo per esterificazione e successivo trattamento con idrazina si perviene all II. L acido isonicotinico 1 Recentemente è stato messo in evidenza che l uso prolungato dell II può produrre lesioni estese del fegato. Lo stesso dicasi per la rifampicina. 3

4 necessario per la sintesi dell isoniazide si può ottenere alternativamente dall acido citrico, che per parziale esterificazione con etanolo in presenza di acido p-toluensolfonico fornisce un diestere che sottoposto a reazione con ammoniaca sotto pressione ed alla temperatura di 130 C porta all acido 2,6-diidrossipiridin-4-carbossilico. Questo per clorurazione e successiva riduzione fornisce l acido isonicotinico. ltre che da sola e nelle associazioni, l II trova applicazione in terapia sotto forma di sali e di derivati alla funzione idrazidica. Questi derivati sono chemioterapici antitubercolari meno tossici e meglio tollerati dell isoniazide, per cui vengono talora preferiti al farmaco madre. Sembra comunque accettato che la loro attività sia dovuta alla messa in libertà in vivo di II ad opera di enzimi idrolitici, pur essendo loro stessi risultati attivi in vitro. Si tratta per lo più di composti di derivatizzazione (idrazoni) dell II con aldeidi aromatiche ed eterocicliche. Etambutolo L etambutolo o dicloridrato della (+)-,-di-(1-idrossimetilpropil)etilendiamina è un tubercolostatico attivo sui micobatteri resistenti alla isoniazide ed alla streptomicina ed in ciò consiste il suo particolare valore clinico. Mostra però una certa tossicità, in quanto può provocare disturbi visivi reversibili e neurite del nervo ottico, per cui non trova largo impiego da solo, anche perché è meno attivo dell II, ma acquista particolare significato nelle associazioni e specie nei casi di chemioresistenza ad altri antitubercolari. Il suo meccanismo di azione si basa sull inibizione della sintesi proteica e della biosintesi degli acidi nucleici. Si prepara per sintesi, per reazione tra l 1,2-dicloroetano ed il (+)-2-aminobutanolo (Tavola 3). Presenta due centri stereogenici, ma per la simmetria della sua struttura possono esistere solo tre stereoisomeri: di questi solo la forma destrogira è utilizzata in terapia, mentre l enantiomero levogiro e la forma meso non hanno interesse in tal senso. Rifamicine La rifamicina B (Tavola 4), un antibiotico naturale isolato dai terreni di coltura dello Streptomyces mediterranei (successivamente riclassificato come ocardia mediterranea ed infine come Amycolatopsis mediterranea), ed i derivati semisintetici rifamicina SV, rifamide e rifampicina appartengono alla classe degli antibiotici. Posseggono una struttura piuttosto complessa caratterizzata da una catena di natura alifatica, biogeneticamente derivante da unità propionato, i cui estremi sono collegati ad un gruppo cromoforo naftoidrochinonico variamente sostituito. Questo tipo di struttura è detto ad ansa e gli antibiotici che la contengono (rifamicine, tolipomicine, streptovaricine, geldamicina e maitansina) vengono chiamati ansamicine. 4

5 Le rifamicine sono attive in vitro contro germi gram-positivi, incluso il bacillo di Koch, ed in misura minore contro batteri gram-negativi. Tuttavia le rifamicine, in particolare la rifamicina SV, non sono attive per via orale e l uso clinico di questi antibiotici era limitato alla somministrazione parenterale. La scoperta della rifampicina a metà degli anni sessanta ha risolto i problemi associati allo scarso assorbimento orale di questi antibiotici. Le rifamicine hanno una spiccata affinità per il tessuto epatico, dove vengono concentrate, metabolizzate ed eliminate con la bile, effettuando in seguito, per riassorbimento intestinale, un circolo entero-epatico. La rifampicina, oltre che in tisiologia, è utilizzata nelle infezioni epato-biliari, in otorinolaringoiatria ed in dermatologia; può provocare disturbi gastrointestinali ed eruzioni cutanee. ltre che da sola la rifampicina è usata in associazione con altri chemioterapici antitubercolari onde evitare l insorgere di chemioresistenza. Per quanto riguarda il meccanismo di azione, la rifampicina inibisce la sintesi dell RA DAdipendente interferendo con la RA-polimerasi batterica. ntre le modifiche sperimentate sul ponte alifatico della rifamicina causano generalmente riduzione dell attività e non vengono perciò di solito attuate, le modifiche strutturali alle posizioni C3/C4 del nucleo naftalenico continuano a produrre derivati provvisti di potente attività e somministrabili per os. Per esempio il KRM-1648, un nuovo derivato rifamicinico con un raggruppamento 5-piperazinilbenzossazinico alle posizioni C3/C4 è risultato sia in vitro che in vivo molto più attivo della rifampicina, mostrando valori di MIC 50 e MIC 90 contro 30 isolati clinici di M. tuberculosis pari a e 2 µg/ml, rispettivamente. Questi valori sono molto più bassi di quelli mostrati dalla rifampicina, che sono rispettivamente di 4 e >128 µg/ml. KRM-1648 presenta anche notevole attività verso il M. leprae, con una MIC in vitro pari a 0.05 µg/ml, risultando così 6 volte più attivo della rifampicina. In combinazione con oflossacina, a concentrazioni rispettivamente di µg/ml e µg/ml, si è avuta completa inibizione della crescita del bacillo di ansen, grazie al sinergismo di azione tra i due farmaci ed all effetto battericida dell associazione. KRM-1648 presenta elevata semivita plasmatica e raggiunge livelli tissutali molto alti, aspetti questi che contribuiscono positivamente alla sua eccellente efficacia in vivo. La sua potente azione antimicobatterica è in gran parte dovuta alla sua notevole lipofilia, che determina una maggiore capacità di penetrare la parete cellulare dei micobatteri. Per la streptomicina e derivati si rimanda alle lezioni sugli antibiotici aminoglucosidici. Antitubercolari di scelta secondaria Tra i numerosi composti che vengono annoverati in questo gruppo (PAS, pirazinamide, cicloserina, terizidone, tiocarlide), tratteremo brevemente il PAS e la pirazinamide. 5

6 Il PAS o acido p-aminosalicilico è senz altro tra i farmaci di scelta secondaria quello più conosciuto e studiato. E un analogo dell acido p-aminobenzoico (PAB), nei confronti del quale esercita azione competitiva nella biosintesi dell acido folico. In effetti la constatazione che la crescita del bacillo di Koch era influenzata positivamente dalla presenza degli acidi benzoico o salicilico e la scoperta dell esistenza di un antagonismo competitivo tra sostanze strutturalmente simili come il PAB e la sulfanilamide indussero i ricercatori a sintetizzare derivati dell acido salicilico simili al PAB per usarli come antimetaboliti nei riguardi del micobatterio tubercolare. Dei vari derivati sintetizzati il PAS risultò il più attivo e venne introdotto in terapia. L insorgere della chemioresistenza limita l uso del PAS alle sole associazioni con altri antitubercolari. Il PAS trova scarso uso come tale anche per la sua instabilità all aria ed alla luce. I sali più usati sono quelli di sodio e di calcio. Sia il PAS che i suoi sali possono contenere come impurezza il m-aminofenolo, proveniente dalla sintesi del PAS o dalla sua decomposizione all aria ed alla luce. Il PAS ed i suoi sali possono dare fenomeni di intolleranza gastrointestinale, tenuto conto della elevata dose massima giornaliera (15 g) somministrata per via orale per lunghi periodi di tempo. Per questo motivo si preferiscono alcuni suoi derivati meglio tollerati dal tratto gastroenterico, quale il fenamisale (estere fenilico del PAS) e l -benzoil-pas calcico. La sintesi del PAS (Tavola 5) si realizza a partire dal nitrobenzene, da cui per solfonazione, riduzione e successiva fusione alcalina si perviene al m-aminofenolo. Da questo per carbossilazione con anidride carbonica sotto pressione (sintesi di Kolbe) si ottiene il PAS. La pirazinamide (per la sintesi vedi la Tavola 6) fu introdotta in terapia nel 1949 per il trattamento della tubercolosi polmonare e la combinazione II-rifampicina-pirazinamide rappresenta oggi il trattamento di prima linea della tubercolosi umana. Il meccanismo d azione della pirazinamide è sconosciuto, ma recentemente (1995) i ricercatori hanno ipotizzato che possa funzionare da profarmaco dell acido pirazinoico in quanto verrebbe convertita in questo dalle amidasi del micobatterio. Sulla base di questa ipotesi sono stati sintetizzati e valutati come antitubercolari svariati esteri dell acido pirazinoico, che potrebbero ugualmente liberare acido pirazinoico per azione delle esterasi batteriche, e molti di questi, in particolare quelli più lipofili (estere n- decilico, n-pentadecilico ed altri esteri sostituti con un atomo di cloro alla posizione 5 della pirazina) sono effettivamente risultati molto attivi in vitro. Il fatto che a cinquant anni dall ingresso in terapia si studi ancora la pirazinamide ed i suoi derivati e che della gran parte degli antitubercolari finora citati (con l eccezione della rifampicina) si ignori l esatto meccanismo di azione dimostra le enormi difficoltà in cui ancora si muove la ricerca antitubercolare all inizio del terzo millennio. Mancando la conoscenza dei meccanismi 6

7 d azione dei farmaci noti ed in attesa che siano approfondite le conoscenze sulla biologia molecolare dei micobatteri, la ricerca farmaceutica non può applicare i moderni metodi di drug design e deve far ricorso ad approcci meno mirati, quali la modificazione chimica dei lead compounds disponibili e la ricerca di nuovi lead attraverso lo screening di chemoteche di composti. Fluorochinoloni In virtù della loro potenza di azione ed ampiezza dello spettro antibatterico i fluorochinoloni sono attualmente tra gli agenti antibatterici di sintesi più largamente impiegati in terapia. Due membri di questa classe hanno trovato significativa applicazione secondaria come agenti antimicobatterici attivi per via orale: la ciproflossacina e la oflossacina; tuttavia parecchi altri fluorochinoloni (sparflossacina, irlossacina, clinaflossacina, levoflossacina ) sono risultati promettenti nel corso di studi recenti (Tavola 7). Dal momento che i fluorochinoloni oggi noti sono stati sviluppati come agenti antibatterici per uso generale, non si vede perché debbano risultare di primo acchito gli antibatterici ideali per uno specifico germe patogeno, quale il M. tuberculosis, ma esiste sicuramente la possibilità di migliorarli in questo senso. Ad esempio, si vanno studiando fluorochinoloni che mantengano la loro potenza battericida anche a valori di p più acidi del normale, come quelli che si hanno all interno dei fagolisosomi dei macrofagi, l ambiente preferito dai micobatteri. D altra parte la scoperta che i fluorochinoloni più attivi in generale contro i germi gram positivi e gram negativi sono anche i più attivi come antitubercolari sta ad indicare che il meccanismo d azione a livello molecolare è sempre lo stesso: inibizione della DA-girasi e/o della topoisomerasi IV. 7

8 Tavola 1 Sintesi del DDS e dell'acedapsone Cl S 2 Cl Cl AlCl 3 Cl S Cl Cl 2 S 2 dapsone (DDS) 2 (C 3 C) 2 2 C 3 C 2 C 3 C S CC 3 acedapsone 8

9 9

10 Tavola 2 Sintesi dell'isoniazide (II) Zn (C 3 C) 2 C 3 C CC 3 ² C 2 C 3 Zn Cl C 3 C CC 3 ossid. C CC 2 5 C 2 Et acido isonicotinico isoniazide (II) 2 C C 2 C 2 Et C Et 2 C C 2 Et C 2 2 C C 2 C 2 2 /cat. PCl 3 10 Cl Cl Cl

11 Tavola 3 Sintesi dell'etambutolo C 3 C 2 C * C 2 C 3 C 2 C * C Cl C 2 Cl C 2 Cl C 3 C 2 C 2 C Cl C C 2 C 3 C 2 C C 2 * * Tavola 5 Sintesi del PAS S 4 2, cat. K S 3 S 3 C 2 a 2 C C 2 C 2 C 2 C 2 acido p-aminosalicilico (PAS) 11

12 Tavola 4 Rifamicine naturali e semisintetiche Ac Ac Y X nome generico Y X rifamicina B C 2 C 2 KRM-1648 rifamide C 2 CEt 2 rifamicina SV rifampicina C 12

13 13

14 Tavola 6 Sintesi della pirazinamide 2 C C ossid. C C 2 C 2 C 2 2 C 2 C 2 C 3 pirazinamide 3 3 C 2 C 3 + C 2 C 3 C 2 C 2 C 3 C 2 C 2 14

15 Tavola 7 Fluorochinoloni ad attività antitubercolare F C 2 F C 2 ciproflossacina oflossacina 2 F C 2 F C 2 F sparflossacina irlossacina (pirflossacina) F C 2 F C 2 2 Cl S clinaflossacina levoflossacina 15