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1 Antibiotici Antibiotico è un composto ad uso terapeutico che esercita un azione letale nei confronti dei microorganismi patogeni, ma spesso presenta un notevole impatto ecologico

2 Usato per infezioni della pelle Coniò il termine chemioterapia Il grande merito di Herlich fu quello di adottare un metodo sistematico di ricerca che consisteva nell analizzare uno per uno i derivati di uno stesso composto di riferimento.

3 sulfamidocrisoidina con questa scoperta fu dato il via ad un programma di sintesi di composti basati sulla struttura della sulfanilamide, che produsse numerosi composti attivi, alcuni dei quali sono usati ancora oggi.

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5 Nel 1941 comparve il primo articolo sulla rivista The Lancet che descriveva le proprietà dell antibiotico la Pfizer riusciva a produrre grandi quantitativi di penicillina G da ceppi di Penicillium crhysogenum,, che vennero largamente utilizzati durante la guerra per curare i soldati feriti.

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7 Introduzione agli agenti antibatterici Prospetto storico prima del 1935: trattamento delle infezioni senza speranza 1900 P.Ehrlich concetto di tossicità selettiva 1929 Fleming penicillina (P.notatum) G+ (beta-lattamici) 1935 Domagk dimostra attività antibatterica di prontosil 1936 Trofouel il principio attivo di prontosil è la sulfanilamide 1940 Florey primo uso terapeutico della penicillina 1944 Waksman Streptomicina G- (aminoglicosidi) 1947 Cloramfenicolo ampio spettro 1948 Clorotetraciclina ampio spettro 1952 Eritromicina G+ (macrolidi) 1956 introduzione della vancomicina per pen-r SA 1962 Acido nalidixico G- (chinoloni) 1970 oxazolidinoni

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10 Origine degli agenti antibatterici Miceti Penicillium spp., Streptomiceti Streptomyces spp. Altri batteri Bacillus spp. sintetici o semisintetici

11 Classificazione chimica degli agenti antibatterici Βeta-lattamici o Penicilline: derivati dell acido 6-aminopenicillanico o Cefalosporine: derivati dell acido 7-aminocefalosporanico Macrolidi nucleo lattonico macrociclico Aminoglicosidi aminozuccheri uniti da legami glicosilici a diverse basi Tetracicline composte da 4 annelli benzenici fusi Polipeptidi aminoacidi legati da legami peptidici Chinoloni/Fluochinoloni anelli chinonici Sulfamidici analoghi di acido p-aminobenzoico

12 Sebbene gli antibiotici siano in uso da decenni, solo recentemente sono disponibili dati che consentono di selezionare un regime di somministrazione e dosaggio ottimale sulla base della farmacodinamica delle varie classi di farmaci Nightingale et al., 1994

13 SENSIBILITA SIGNIFICATO MICROBIOLOGICO In vitro il farmaco a una concentrazione fissa interferisce con la proliferazione del germe (ceppo sensibile) In vitro il farmaco a una concentrazione fissa non interferisce con la proliferazione del germe (ceppo resistente)

14 In vitro dati ottenuti in condizioni statiche In vivo condizioni dinamiche (concentrazioni variabili di farmaco, densità variabile dei batteri)

15 In vitro La concentrazione può essere variata In vivo La concentrazione non supera il livello di antibiotico Ottenuto nel sangue e nei tessuti tenendo conto del dosaggio e della via di somministrazione

16 Microbiologia Clinica Definire il patogeno in causa sensibile o Resistente (in vivo)

17 La sensibilità e la resistenza sono stabilite sulla base di concentrazioni di antibiotico definite breakpoint

18 BREAKPOINT I microorganismi sensibili in vitrosulla base del breakpoint devono essere eradicati dall antibiotico in vivo

19 BREAKPOINT La concentrazione deve essere compatibile con quella ottenuta con microorganismi della stessa specie o con microorganismi di pari sensibilità

20 In vivo Il tasso di crescita dei batteri è fortemente rallentato

21 Fattori che influenzano il tasso di crescita dei batteri in vivo ph Tensione di ossigeno Carica batterica

22 Fattori che influenzano l attività di un antibiotico in vivo Tasso di crescita è critico per tutti gli antibiotici più è lento meno sono efficaci gli antibiotici (βlattamici, fluorochinoloni + sensibili) ph (aminoglicosidi, macrolidi) Assenza di ossigeno (aminoglicosidi, e in minor misura, fluorochinoloni)

23 Discordanze tra dati in vivoe in vitro Presenza nel sito di infezione di popolazione microbica normale che produce enzimi inattivanti Sviluppo in vivo di microorganismi resistenti (alta densità batterica)

24 Discordanze tra dati in vivo e in vitro L antibiotico non raggiunge il sito di infezione in concentrazione utile (siti anatomici) L antibiotico è sequestrato dalle proteine del siero o da altre presenti nel sito di infezione (pus) Età dell infezione

25 Concordanze tra dati in vivo e in vitro SENSIBILITA I dati in vitro hanno solo una finita probabilità di predire un successo terapeutico nel caso dell interazione tra un patogeno sensibile e antibiotico attivo in vitro

26 SENSIBILITA in vitro SIGNIFICATO CLINICO NON E SICURAMENTE PREDITTIVA DI ERADICAZIONE DEL PATOGENO E DI GUARIGIONE

27 Significatività dei test in vitro Modesta predittività per le possibilità di SUCCESSO nella combinazione germe SENSIBILE-farmaco attivo in vitro Accurata predittività per le possibilità di FALLIMENTO TERAPEUTICO nella combinazione germe RESISTENTEfarmaco inattivo in vitro I test in vitro devono VALUTARE CORRETTAMENTE LE RESISTENZE

28 B C max Time post-administration MIC MIC Serum or tissue drug concentration

29 PER OGNI COMBINAZIONE tipo di antibiotico/ceppo batterico La più bassa concentrazione di farmaco in grado di bloccare la crescita è detta MIC (Minima concentrazione inibente) La concentrazione che uccide il 99,9% dell inoculo originale è detta MBC (Minima concentrazione battericida)

30 MIC MBC

31 MIC - Micrometodo: si basa sull utilizzo di micropiastre a fondo curvo di 96 pozzetti (12x8) Questo metodo è il più diffuso, sia per l economicità sia perché consente di saggiare un singolo farmaco verso 8 diversi ceppi in ogni micropiastra

32 Minima Concentrazione Inibente La MIC rappresenta la concentrazione alla quale un composto arresta la crescita di un patogeno sensibile Questo valore NON è correlato e NON predice la selezione di ceppi resistenti MBC possiede le stesse limitazioni PERCHE?

33 I valori di MIC/MBC derivano da saggi condotti su un numero limitato di patogeni Complessivamente circa cellule batteriche Il tasso di mutazione spontanea verso la resistenza è 1/ /generazione MIC/MBC NON INDIVIDUANO la presenza di mutanti, indipendentemente dalla potenza dell antibiotico saggiato

34 AL CONTRARIO, i patogeni sono notevolmente più numerosi in sede di infezione La concentratione TOTALE dei germi può superare facilmente CFU nelle setticemie, polmoniti, meningiti, ascessi, etc. Questa vasta e eterogenea popolazione contiene un numero di mutanti pari ad almeno 1000 DIFFERENTI stipiti resistenti Questi non sono individuabili con la MIC L uso di antibiotici su basi MIC avrà conseguenze SOLO sulla quota sensibile dei germi I cloni resistenti selezionati diverranno prevalenti

35 SENSIBILITA in vivo SIGNIFICATO MICROBIOLOGICO Il farmaco interferisce con la proliferazione del germe (una data concentrazione) Il farmaco è BATTERICIDA: tutti i germi muoiono con o senza lisi Il farmaco è BATTERIOSTATICO: tutti i germi NON SI DIVIDONO, NON CRESCONO il numero, (inoculo), resta costante

36 Attività antibatterica Battericidi (AG, β-latt.,q/fq, bacitracina, isoniazide, metronidazolo,rif, Vanco) Batteriostatici (macrolidi, sulfa, trim, tet, clinda., Chloram, entambutolo, novobiocina, nitrofur) Divisione importante ma non assoluta: Ch batteriostatico vs. bastoncini G- Ch battericida vs. pneumococchi Fq battericidi in aerobiosi Batteriostatici in anaerobiosi

37 Bacteriostatic and bacteriocidal time-kill curves for 3 antibiotics added to a liquid culture of E. coli, maintained shaken for 24 h 12,00 10,00 8,00 log CFU 6,00 4,00 Control Cipro Cloramphenicol Rifaximin 2,00 0,00 T0 T2 T4 T6 T24 Time in hours

38 Farmacodinamica di un antibiotico L attività di un farmaco può manifestare effetto batteriostatico o battericida su una popolazione batterica in modo: dipendente dalla concentrazione dipendente dal tempo di esposizione Nightingale et al., 1994; Drusano,

39 Farmacodinamica di un antibiotico Attività antibatterica dipendente dalla concentrazione: aminoglicosidi, fluorochinoloni Attività antibatterica dipendente dal tempo di esposizione: β-lattamici, macrolidi, glicopeptidi e tetracicline Nightingale et al., 1994; Drusano,

40 Batteriocidia di cefixime nei confronti di E.coli Batteriocidia di amikacina nei confronti di E.coli Lo og CFU/ml 6 5 og CFU/ml L Tempo (ore) Tempo (ore) Controllo cefixime 10XMC cefixime 1XMIC Controllo amikacina 10XMIC amikacina 1XMIC db qp Dinamica delle Popolazioni Batteriche

41 Effetto letale degli antibiotici Antibiotici tempo dipendenti penicilline cefalosporine macrolidi* glicopeptidi sulfamidici Lincosamidi * alcuni possono avere anche azione concentrazione dipendente E essenziale mantenere per periodi lunghi concentrazioni di antibiotico superiori alla MIC (lungo tempo di contatto Antibiotici concentrazione dipendenti chinoloni aminoglicosidi E essenziale che l antibiotico raggiunga elevate concentrazioni nel sito di infezione per eradicare il patogeno (>10XMIC). db qp Craig, 1998; Scaglione Dinamica delle Popolazioni Batteriche

42 Attività antibatterica Battericidi preferiti nei pz. Immunocompromessi per infezioni gravi Concentrazione-dipendenti: il tasso di killing aumenta aumentando la concentrazione. Es. fluorochinoloni e aminoglicosidi Tempo-dipendenti: aumentando la conc. non aumenta il killing, ma devo mantenere conc.>mic per tempo + prolungato. Es. beta-lattamici, vancomicina

43 Antibiogramma Test per la determinazione della sensibilità batterica ai farmaci antibatterici Le varie tecniche per eseguire questo tipo di test sono sostanzialmente riconducibili a due metodi principali: Metodo dei dischetti di diffusione Test di diluizione in agar o brodo

44 ANTIBIOGRAMMA Si allestiscono piastre con idoneo terreno solido inoculate con una quantità di batteri sufficiente a dare uno sviluppo confluente che provochi una patina uniforme sul terreno

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46 Antibiogramma. Diffusione da dischetto (Kirby-Bauer)

47 E-test: la strip crea un gradiente di concentrazione di antibiotico quando viene posta sulla piastra: la MIC viene letta nel punto in cui la crescita batterica interseca il numero sulla striscia

48 Si considerano equivalenti quegli antibiotici che posseggono lo stesso meccanismo d azione molecolare e che mostrano totale o prevalente resistenza crociata.

49 VALUTAZIONE DELL ATTIVITA IN VITRO DI UN ANTIBIOTICO MIC in varie condizioni sperimentali MBC CURVE DI BATTERIOCIDIA INTERAZIONI CON ALTRI ANTIBIOTICI EFFETTO POST-ANTIBIOTICO MPC

50 Minima concentrazione inibente (MIC) La più bassa concentrazione di antibiotico capace di inibire la crescita di un microorganismo Fattori che possono influenzare il valore della MIC Fattori che possono influenzare il valore della MIC Terreno di coltura ph Presenza di siero o altre proteine Urine Inoculo Metodo utilizzato Tensione di ossigeno (aerobiosi-anaerobiosi)

51 INTERAZIONI TRA ANTIBIOTICI Si valuta l attività di un farmaco in presenza di un altro nei confronti di un microorganismo. Si esegue con tecniche diverse, Dischetto, checkerboard o diluizioni crociate, time-kill o curve di batteriocidia. Si possono ottenere tre risposte: Sinergismo, l attività di un antibiotico è potenziata dalla presenza dell altro. Indifferenza, l attività di un antibiotico non è influenzata dalla presenza dell altro. Antagonismo, l attività di un antibiotico è compromessa dalla presenza dell altro. db qp Dinamica delle Popolazioni Batteriche

52 INTERAZIONI TRA ANTIBIOTICI Motivi di impiego. Estendere lo spettro d azione di un antibiotico Limitare la tossicità di antibiotico Prevenire l insorgenza di microorganismi resistenti Conseguire un effetto sinergico Valutare nuove molecole. db qp Dinamica delle Popolazioni Batteriche

53 INTERAZIONI TRA ANTIBIOTICI Esempi di combinazioni: Agente attivo sulla sintesi di parete associato ad un aminoglicoside (resistenze intrinseche o plasmidi che codificano per enzimi inattivanti possono annullare l effetto sinergico). Inibitori enzimatici, l associazione più diffusa è quella tra un β-lattamico ed un inibitore suicida di β-lattamasi, esistono anche inibitori delle adenilasi, che inattivano gli aminoglicosidi. Inibitori delle vie metaboliche come il trimetoprim e il sulfametossazolo, anche se si prevede in tempi brevi, per effetti collaterali indesiderabili, il ritiro dal commercio. db qp Dinamica delle Popolazioni Batteriche

54 db qp Dinamica delle Popolazioni Batteriche

55 EFFETTO POSTANTIBIOTICO (PAE) I batteri esposti ad un antibiotico subiscono effetti letali o arrestano la crescita. Se la concentrazione del farmaco scende livelli non più inibenti i ceppi sopravvissuti non riprendono immediatamente la crescita delle pre-esposizione all antibiotico ma hanno bisogno di tempo per la riparazione dei danni subiti o per ricostruire tutte le proteine consumate durante la fase di trattamento. Il tempo per ricuperare la totale funzionalità sarò più o meno lungo in funzione del tempo di esposizione e dei danni subiti db qp Dinamica delle Popolazioni Batteriche

56 VALUTAZIONE DELL EFFETTO POSTANTIBIOTICO (PAE) L effetto postantibiotico è definito come il tempo necessario ai batteri per riprendere il normale tasso di crescita dopo breve esposizione ad un farmaco. Questo parametro può essere importante per stabilire i tempi di somministrazione di un antibiotico. Più lungo è il tempo che i batteri necessitano per recuperare i danni operati dall antibiotico, più lunghi saranno i tempi di intervallo tra una somministrazione e l altra. Il PAE è stato individuato con tutti gli antibiotici nei confronti dei gram-positivi, mentre sui gram-negativi non producono PAE i β-lattamici, con l eccezione dei carbapenemici. db qp Dinamica delle Popolazioni Batteriche

57 Agenti antibatterici Effetti indesiderati di natura: allergica biologica tossica

58 Effetti indesiderati di natura allergica Beta-lattamici: + comune con somministrazione parenterale che orale Effetti indesiderati di natura biologica Alterazioni della PMN Cute Mucose Tratto GI Tratto genitale patogeni che prendono il sopravvento Funghi C.difficile Superinfezioni Enterocolite pseudomembranosa da antibiotici

59 Effetti indesiderati di natura tossica Mortali (AG) Paralisi respiratoria Paralisi neuromuscolare Gravi Ototossicità (AG) Nefrotossicità (cell. Tubulari AG) Nefrotossicità (formazione di cristalli a livello dei tubuli, Sulfamidici) Osso/denti (Tet) Riduzione produzione anticorpi (amfb., Cefoxitina, doxy, rif, tax, Ch, moxa, SXT) Fastidiosi dolore addominale Vomito Diarrea vertigini

60 Antibiotici (Altri aspetti) Diffondono passivamente in funzione della concentrazione Dipende: costante di dissociazione (pka) e lipofilia (solubilità nei lipidi) ph che circonda un tessuto (molecole molto cariche hanno difficoltà ad attraversare le membrane) Tetracicline, eritromicina e chinoloni sono lipofilici e attraversano più facilmente rispetto a composti solubili in acqua come i β-lattamici, aminoglicosidi e vancomicina

61 Antibiotici La diffusione attraverso l endotelio dei capillari è più facile per cloramfenicolo, metronidazolo e rifampicina Più difficoltosa appare per i β-lattamici e aminoglicosidi Mentre chinoloni, tetracicline e trimetoprim diffondono con facilità intermedia

62 Antibiotici Penetrazione all interno delle cellule Del tutto trascurabile(scarsa penetrazione): β-lattamici, Aminoglicosidi Elevata concentrazione(alcuni tendono a raggiungere concentrazioni 100 volte maggiori rispetto al plasma Macrolidi (Clindamicina, azitromicina, claritromicina, eritromicina) Tetracicline: Chinoloni: alcuni (rufloxacina) si concentrano a dosi elevate In breve, per i patogeni intracellulari sono più adatti gli antibiotici lipofilici

63 Caratteristiche degli Antibiotici Bersaglio-Meccanismo d azione Spettro d attività (gram+, gram-, aerobi anaerobi) Diffusione nelle cellule Battericidi (tempo o concentrazione dipendenti)

64 PROPRIETA DI UN ANTIBIOTICO (Ideali) Tossicità selettiva Idrosolubile Attivo al ph fisiologico Non allergico Scarsa propensione selezione R Somministrabile alte dosi senza effetti collaterali indesiderabili Battericida meglio di batteriostatico Livelli stabili e battericidi L attività non compromessa da siero o pus

65 Per un efficace azione antibiotica e per ridurre l incidenza di gravi infezioni secondarie è opportuno attenersi alle seguenti norme 1) Prescrizione di antibiotici solo quando i reperti clinici ne indicano chiaramente l impiego. L uso profilattico degli antibiotici va fortemente limitato. 2) Uso di antibiotici efficaci contro l agente infettivo aventi il più ristretto spettro di attività antibatterica. 3) Somministrazione e dosaggio appropriati, mai in eccesso rispetto a quanto richiesto dalla situazione clinica. 4) Cessazione della terapia non appena ciò sia clinicamente consentito.

66 5) Esami colturali in corso di terapia per dimostrare il possibile sviluppo di sovrainfezioni. 6) Impiego di un battericida piuttosto che che di un batteriostatico quando ciò sia possibile. 7) Uso di un agente ben assorbibile, che raggiunga rapidamente livelli ematici efficaci e resti a lungo attivo. 8) Uso di un antibiotico che non induca rapidamente ipersensibilità o consenta l insorgenza di resistenza batterica.

67 Bersaglio degli antibiotici (in uso) Sintesi di parete Sintesi proteica Traduzione Traslocazione e/o allungamento peptide Trascrizione Sintesi acidi nucleici Funzionalità di membrana Metabolismo Bersaglio non noto

68 Nuovi bersagli Sintesi acidi grassi(fab, fatty acid biosynthesis) ATPasi for functional DNA gyrb PDF, peptidil deformilasi Sintesi acidi teicoici (WTA,wall teicoic acid) Inibizione riboswitch Sintesi lipopolisaccaride, LpxC Subunita β DNA girasi (topoisomerasi II) Ossidazione Inibizione pompa efflusso Cell division (Fts) Metalli pesanti

69 Sintesi di parete β-lattamici Penicilline, Cefalosporine, Carbapenemici, Monobattamici, (inibitori suicidi, incluso non β-lattamici) Glicopeptidi Vancomicina, Teicoplanina, Dalbavancin, Oritavancin, Telavancin Altri Fosfomicina, Cicloserina, Bacitracina (topico)

70 Sintesi proteica Traduzione Aminoglicosidi Traslocazione e/o allungamento peptide macrolidi, ketolidi, oxazolidinoni, lincosamidi, streptogramine tetracicline, cloramfenicolo, ac. fusidico, pleuromutiline

71 Sintesi acidi nucleici Trascrizione sintesi RNA: rifampicina, rifapentina, rifabutina, rifaximina (topico) tiacumicine sintesi trna, Mupirocina: Metabolismo del cromosoma sintesi DNA Chinoloni Fluorochioloni

72 Altri bersagli Funzionalità di membrana Polimixine Lipopeptidi Metabolismo Sulfamidici-Trimetoprim

73 Bersaglio intracellulare non totalmente noto Antibiotici peptidici (bersaglio variabile) Nitrofurani*, furadantin Imidazoli*, nitroimidazolo *Il composto è metabolizzato e il prodotto interferisce con sintesi essenziali

74 Antibiotici ad uso specifico Mycobacterium tuberculosis Clostridium difficile