CHEMIOTERAPIA ANTIMICROBICA. Dott. Vitali Luca A.

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1 CHEMIOTERAPIA ANTIMICROBICA Dott. Vitali Luca A.

2 Antibiotici Sostanze prodotte da batteri o funghi in grado di inibire la crescita di altri microrganismi. Significato biologico

3 Bersagli (target)

4 Antibatterici

5 Antivirali

6 Antimicotici

7 Tossicità selettiva Assenza nelle cellule eucariotiche di particolari siti che rappresentano il bersaglio dell'azione degli antibiotici (es. parete cellulare) Diversa capacità di penetrazione del farmaco nelle cellule eucariotiche e procariotiche (es. tetracicline) Diversa affinità del farmaco per strutture simili funzionalmente, ma non strutturalmente (es. antibiotici che bloccano la sintesi proteica, per la diversa struttura del ribosoma procariotico)

8 Tossicità selettiva

9 Classificazione

10 Classificazione......in FAMIGLIE Vengono classificate in "famiglie" molecole che presentano caratteristiche strutturali simili (es. penicilline, cefalosporine etc.)

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13 Classificazione......secondo lo SPETTRO D'AZIONE Insieme delle specie dell'antimicrobico. (batteriche) sensibili all'azione

14 Classificazione......secondo lo SPETTRO D'AZIONE ampio: la molecola è attiva verso batteri Gram positivi e negativi medio: la molecola è attiva ad es. verso batteri Gram positivi e verso taluni Gram negativi ristretto: la molecola è attiva ad es. solamente verso batteri Gram positivi o solo verso Gram negativi

15 Classificazione......secondo il TIPO D'AZIONE batteriostatica: l'antibiotico arresta la moltiplicazione dei batteri. battericida: l'antibiotico determina la morte dei batteri. Si definisce battericida l'antibiotico che dopo 24 h di contatto "ex vivo" determina una sopravvivenza uguale o inferiore allo 0,01%.

16 M.I.C. e M.B.C. M.I.C. o minima concentrazione inibente è la minima concentrazione di antibiotico in grado di impedire lo sviluppo dei microrganismi Metodo delle diluizioni in brodo Macrodiluizione Microdiluizione

17 Microdiluizione

18 Microdiluizione in brodo

19 Microdiluizione Dai test di microdiluizione in brodo di una molecola antibiotica nei confronti di tre specie batteriche è risultato quanto segue: Microrganismo A: MIC = 128 mg/l Microrganismo B: MIC = 0,125 mg/l Microrganismo C: MIC = 4 mg/l Verso quale microrganismo la molecola si presenta maggiormente efficace?

20 Microdiluizione Dai test di microdiluizione in brodo di una molecola antibiotica su differenti specie batteriche è risultato quanto segue: Microrganismo A: MIC = 128 mg/l Microrganismo B: MIC = 0,125 mg/l Microrganismo C: MIC = 4 mg/l Verso quale microrganismo la molecola si presenta più efficace?

21 MIC90 e MIC50 Il valore di MIC che inibisce il 90% dei ceppi di una determinata specie è la MIC90 Il valore di MIC che inibisce il 50% dei ceppi di una determinata specie è la MIC50

22 M.I.C. e M.B.C. M.I.C. o minima concentrazione inibente è la minima concentrazione di antibiotico in grado di impedire lo sviluppo dei microrganismi Metodo per diffusione (antibiogramma) Dischi E - test

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24 Esempio: Streptococcus pyogenes >

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27 Definizioni EUCAST Clinicamente Sensibile (S) [Clinically Susceptible] Un microrganismo è definito sensibile da un livello di attività antimicrobica associata ad una elevata probabilità di successo terapeutico Un microrganismo è categorizzato come sensibile (S) dall'applicazione del breakpoint in un definito sistema di test fenotipico Il valore di breakpoint può subire modifiche in base a validi cambiamenti in determinate circostanze

28 Definizioni EUCAST Clinicamente Intermedio (I) [Clinically Intermediate] Un microrganismo è definito intermedio da un livello di attività antimicrobica associata ad un successo terapeutico incerto. Un microrganismo è categorizzato come intermedio (I) dall'applicazione del breakpoint in un definito sistema di test fenotipico Il valore di breakpoint può subire modifiche in base a validi cambiamenti in determinate circostanze

29 Definizioni EUCAST Clinicamente Resistente (R) [Clinically Resistant] Un microrganismo è definito resistente da un livello di attività antimicrobica associata ad una scarsa probabilità di successo terapeutico. Un microrganismo è categorizzato come resistente (R) dall'applicazione del breakpoint in un definito sistema di test fenotipico Il valore di breakpoint può subire modifiche in base a validi cambiamenti in determinate circostanze

30 Definizioni EUCAST Grandezze ed unità di misura I breakpoint clinici sono riportati come segue: S < x mg/l; I > x, < y mg/l; R > y mg/l

31 Definizioni EUCAST Resistenza microbiologica e valori epidemiologici di cut-off Wild type (WT) Un microrganismo è definito wild type (WT) per una determinata specie, dall'assenza di meccanismi di resistenza acquisita e mutazionale al farmaco in questione Un microrganismo è calssificato come wild type (WT) per una determinata specie dall'applicazione di appropriati valori di cut-off in un definito sistema di test fenotipico. Questo valore di cut-off non potrà subire variazioni I microrganismi WT possono o meno rispondere clinicalmente al trattamento antimicrobico

32 Definizioni EUCAST Resistenza microbiologica e valori epidemiologici di cut-off Microbiological resistance - Non-Wild Type (NWT) Un microrganismo è definito non-wild type (NWT) per una determinata specie, dalla presenza di meccanismi di resistenza acquisita e mutazionale al farmaco in questione Un microrganismo è calssificato come non-wild type (NWT) per una determinata specie dall'applicazione di appropriati valori di cut-off in un definito sistema di test fenotipico. Questo valore di cut-off non potrà subire variazioni I microrganismi WT possono o meno rispondere clinicalmente al trattamento antimicrobico

33 Definizioni EUCAST Resistenza microbiologica e valori epidemiologici di cut-off Il wild type è indicato con WT< z mg/l Il non-wild type è indicato con NWT > z mg/l

34 M.I.C. e M.B.C. M.B.C. o minima concentrazione battericida è la minima concentrazione di antibiotico in grado di portare a morte le cellule batteriche.

35 M.I.C. e M.B.C. M.B.C. o minima concentrazione battericida è la minima concentrazione di antibiotico in grado di portare a morte le cellule batteriche.

36 M.I.C. e M.B.C. M.B.C. o minima concentrazione battericida è la minima concentrazione di antibiotico in grado di portare a morte le cellule batteriche.

37 M.I.C. e M.B.C. M.B.C. o minima concentrazione battericida è la minima concentrazione di antibiotico in grado di portare a morte le cellule batteriche.

38 Classificazione......secondo l' ORIGINE Estrattiva: da batteri e funghi (Penicillium, Cephalosporium, Streptomyces) Semisintetica: partendo da una struttura base, ottenuta (fermentazione) e aggiungendo catene di sintesi Sintesi chimica: per molti composti si ottengono per sintesi chimica (chinoloni, monobattami, cloramfenicolo etc) estrazione

39 Classificazione......secondo la CARICA ELETTRICA Gli antimicrobici a carattere acido si comportano come anioni (penicilline, cefalosporine, chinoloni) Gli antimicrobici a carattere basico si comportano come cationi (aminoglicosidi, macrolidi) Gli antimicrobici a carattere neutro si comportano come molecole non ionizzate (cloramfenicolo). Il grado di ionizzazione degli antibiotici a carattere acido o basico è influenzato dal ph.

40 Classificazione......in base al MECCANISMO D'AZIONE Antimicrobici che inibiscono la sintesi della parete cellulare prima fase - inibizione fosfoenolpiruvato transferasi: fosfomicina - mancata utilizzazione della alanina: cicloserina. seconda fase - transglicosilazione: vancomicina. fase terminale - transpeptidazione: penicilline, cefalosporine.

41 Classificazione......in base al MECCANISMO D'AZIONE Antimicrobici che inibiscono la sintesi proteica subunità 30S dei ribosomi: aminoglicosidi, tetracicline subunità 50S dei ribosomi: cloramfenicolo, macrolidi, oxazolidinoni, streptogramine, etc.

42 Classificazione......in base al MECCANISMO D'AZIONE Antimicrobici che inibiscono il meccanismo di replicazione e di trascrizione degli acidi nucleici Inibizione della RNA-polimerasi: rifamicine Inibizione della DNA-girasi: chinoloni

43 Classificazione......in base al MECCANISMO D'AZIONE Antimicrobici che alterano la membrana citoplasmatica batterica o micotica (polimixine, polieni, lipopeptidi) Antimicrobici che agiscono come antimetaboliti (sulfamidici, trimethoprim)

44 Passaggi fondamentali del meccanismo d'azione degli antibatterici Penetrazione dell'antimicrobico nella cellula batterica Interazione dell'antimicrobico con il bersaglio Inibizione della funzione biologica del bersaglio

45 RESISTENZA AGLI ANTIMICROBICI Insensibilità o perdita dell' originaria sensibilità nei confronti di molecole ad attività antimicrobica Uno dei problemi principali dell antibiotico-terapia Argomento di grande attualità e ad elevato impatto nella pratica clinica Condiziona continuamente la scelta, l impiego e lo sviluppo futuro degli antibiotici Segue costantemente lo sviluppo-impiego dei nuovi antibiotici

46 La resistenza insorge quando il microrganismo interferisce con uno o più dei passaggi fondamentali per l azione: Penetrazione dell'antibiotico nella cellula batterica Interazione dell'antibiotico con il bersaglio Inibizione della funzione biologica del bersaglio

47 RESISTENZA NATURALE Insensibilità costituzionale di un microrganismo verso un determinato antibiotico Caratteristiche Immutabile nel tempo Si manifesta in tutti i ceppi di una stessa specie Dipende Caratteristiche dell antibiotico Strutture del microrganismo Es. insensibilità degli enterobatteri alla penicillina o dei batteri Gram-negativi ai glicopeptidi

48 RESISTENZA ACQUISITA Perdita della sensibilità verso concentrazioni del farmaco terapeuticamente raggiungibili in vivo. Caratteristiche - Ad insorgenza casuale e con successiva selezione - Si manifesta in una frazione dei ceppi di una stessa specie - Per variazione del gene che esprime il target dell'antimicrobico o per acquisizione di materiale genetico dall'esterno

49 MECCANISMI DELL ANTIBIOTICO RESISTENZA ridotta permeabilità cellulare aumentato efflusso alterazione del bersaglio produzione di enzimi inattivanti l'antimicrobico

50 RESISTENZA CROMOSOMICA Costituisce solo il 10-15% di tutte le resistenze acquisite (bassa frequenza di insorgenza) Si realizza tramite un alterazione mutazionale spontanea dell informazione genetica cromosomica L antibiotico esercita un azione selettiva (seleziona i mutanti resistenti, inibendo le cellule sensibili) Tale resistenza interessa solo l antibiotico verso il quale sono stati isolati i mutanti resistenti Gli stessi mutanti possono essere resistenti anche ad altri antibiotici con caratteristiche simili (resistenza crociata o cross-resistenza) Si trasmette verticalmente tramite la discendenza (da cellula madre a cellula figlia)

51 RESISTENZA CROMOSOMICA Può essere: multi-step sono necessarie più mutazioni perché possa instaurarsi (es. beta-lattamine, macrolidi, cloramfenicolo) one-step è sufficiente una sola mutazione per determinare la comparsa di ceppi totalmente resistenti (es. rifamicine, chinoloni)

52 RESISTENZA EXTRACROMOSOMICA Costituisce il 90% di tutte le resistenze (alta frequenza di insorgenza) Si origina per acquisizione di nuova informazione genetica che deriva da altri microrganismi e che penetra nella cellula mediante i meccanismi di coniugazione, trasformazione e trasduzione Riguarda più antibiotici contemporaneamente (resistenza multipla) Si diffonde orizzontalmente (scambio genetico) Può essere trasferita anche a microrganismi appartenente a specie differenti (resistenza contagiosa) E dovuta a geni presenti su plasmidi, trasposoni o profagi (elementi genetici mobili)

53 Alterazione del bersaglio ridotta affinità per il bersaglio iperproduzione del bersaglio sostituzione del bersaglio modifica enzimatica del bersaglio fattori di protezione

54 Alterazione del bersaglio ridotta affinità per il bersaglio (si produce un cambiamento che, pur non variando l attività biologica del bersaglio, ne riduce la capacità di legame con l antibiotico) iperproduzione del bersaglio (si realizza un aumentata sintesi del bersaglio che elude l azione dell antibiotico) sostituzione del bersaglio (la resistenza è dovuta ad acquisizione di un gene che codifica per un bersaglio per il quale l antibiotico non ha affinità) modifica enzimatica del bersaglio (il bersaglio è modificato enzimaticamente e non è più riconosciuto dall antibiotico)

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