Inibitori della parete batterica

Inibitori della biosintesi della parete
cellulare batterica
• La parete cellulare batterica differisce enormemente
(struttura e funzione) dallo strato esterno delle
cellule dei mammiferi.
• Potenziale bersaglio per una chemioterapia selettiva.
• Serve come:
– Barriera semipermeabile tra l’esterno e l’interno;
– Resistenza alle variazioni di pressione osmotica
dell’ambiente;
– Prevenzione verso gli enzimi digestivi dell’ospite.
1
Parete batterica 2
• Ciò che caratterizza la parete batterica è lo strato di
peptidoglicano.
• È un gel costituito da una lunga catena eterodimerica
composta da N-acetilglucosamina (NAG) e Acido Nacitilmuramico (NAM) legati con giunzione β-1,4.
• Ai residui di acido lattico presenti sulle varie unità di
acido muramico vi è attaccata una catena di
amminoacidi (L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala).
• Importante è la stereochimica di
Glu e Ala (terminale) che risulta
essere D.
• Tale caratteristica sembra essere
fondamentale per la protezione del
peptidoglicano
dall’azione
delle
peptidasi
dell’ospite
che
ne
causerebbero l’idrolisi.
HO
HO
O
O OH
O
OH
HO
OH
HO
NHAc
NHAc
H3C
COOH
NAG
NAM
2
Parete batterica 3
• Due catene tetrapeptidiche adiacenti si uniscono tra loro tramite
un ponte pentaglicinico
che lega la L-Lys di una
l’unità
e
D-Ala
terminale dell’altra.
• Questo passaggio è una transammidazione in cui il gruppo
NH2 dell’ultima Gly sposta la D-Ala terminale.
• Si forma così una struttura tridimensionale che:
risulta resistente agli stress osmotici;
conferisce al batterio una ben precisa morfologia.
• Questo meccanismo è sensibile all’inibizione da parte
degli antibiotici β-lattamici.
3
Parete batterica 4
• Le unità di base vengono costruite
cellula.
all’interno della
• La struttura sempre più complessa che si forma
viene estrusa a mano a mano che essa cresce.
• L’assemblaggio delle varie strutture
all’esterno della membrana interna.
avviene
poi
• Ciò è molto importante in quanto gli enzimi necessari
a quest’ultimo passaggio si ritrovano all’esterno della
cellula e risultano pertanto vulnerabili all’attacco da
parte dei farmaci.
• Sebbene esistano differenze tra specie batteriche è
comunque possibile farne un quadro generale e
sufficientemente accurato.
4
Parete batterica 5
5
Parete batterica 6
6
Parete batterica 7
7
Parete batterica dei Gram-positivi 1
Parete batterica dei Gram-positivi
• E’ più semplice di quella dei gram-negativi.
• La parte esterna è costituita da un insieme di
carboidrati e proteine specifiche per ogni batterio
che ne determinano sia l’antigenicità sia l’aderenza a
determinate cellule bersaglio.
• Tra
queste
ricordiamo
le
porine
formate
principalmente da amminoacidi idrofobici.
8
Parete batterica dei Gram-positivi 2
• Poi vi è lo strato di peptido-glicano che
attraversato da acido teicoico e teicuronico.
è
• Al di sotto c’è la membrana citoplasmatica nella
quale fluttuano numerose molecole proteiche. Tra
queste vi sono ben 7 recettori delle beta-lattamasi
(PBP).
9
Parete batterica dei Gram-positivi 3
• Il legame degli antibiotici beta-lattamici con la
PBP-1 porta a lisi cellulare, mentre cellule ovali
incapaci di riprodursi sono la conseguenza del legame
con la PBP-2.
• Le β-lattamsi vengono secrete al di fuori della
cellula e devono essere costantemente sostituite.
PBP
1A
1B
2
3
4
5
6
Proteine che legano le penicilline (PBP) dell’ E. coli
Funzione
Allungamento della cellula (estensione parete esterna)
Allungamento della cellula (estensione parete esterna)
Conservazione forma a bastoncello
Formazione di un setto
Limita la quantità di legami “crociati” nel peptidoglicano
Limita la quantità di legami “crociati” nel peptidoglicano
Limita la quantità di legami “crociati” nel peptidoglicano
Letale?
Si
Si
Si
No
No
No
No
10
Parete batterica dei Gram-negativi
• Costituita da una membrana esterna ed una interna
con in mezzo un periplasma
• Esternamente vi è poi uno strato complesso di
polisaccaridi che sono responsabili delle risposte
antigeniche, determinano il sierotipo e influenzano la
morfologia.
Gram-negativi
Gram-positivi
11
Parete batterica dei Gram-negativi 2
• La membrana esterna è attraversata da proteine e da
porine che arrivano fino allo strato di peptidoglicano.
• Le porine sono supermolecole transmembrana costituite
da tre proteine monomeriche al cui centro vi è un poro,
di dimensioni diverse, che attraversa la membrana.
• Questi
pori
possono
permettere il passaggio di
piccole molecole o contengono
specifici
recettori
che
consentono il passaggio di
determinate sostanze.
• La lipofilicità, la dimensione e
la
forma
risultano
determinanti per il passaggio
attraversole Porine
12
Parete batterica dei Gram-negtivi 3
• Sotto la membrana vi è uno strato meno spesso di
peptidoglicano.
• Sotto vi è una membrana citoplasmatica, ricca di
fosfolipidi, nella quale troviamo le proteine che
esplicano le loro funzioni.
• Tra queste troviamo i recettori dei β-lattami (PBP).
• Le β-lattamasi si ritrovano nello spazio periplasmatico
e pertanto non devono essere costantemente
rimpiazzate.
13
Struttura peptidoglicano
HO
HO
Legame O-glucosidico
O
O
O
O
O
O
OH
NHAc
NHAc
H3C
O
HN
CH3
O
HO
O
NH
O
COOH
HN
R
R=
Meso Diamminopimelico
Gram (-)
NH2
O
NH
NH2
H3C
L-Lisina Gram (+)
O
HN
CH3
14
O
OH
La Fosfomicina e i derivati fosfonici
• Sono antibiotici battericidi a basso peso molecolare e di natura
polare spesso come derivati organometallici.
• Il primo antibiotico di questa classe è la Fosfomicina scoperta
da colture di S. gradiae, S. wedmorensis e S.
viridochromogenes.
HO
O
P
O
OH
OH
H3C
N+
OH
HO
• Viene somministrata sin dalla sua scoperta:
• per iniezione IM come sale sodico - Fosfocin Iniettabile ®;
• compresse per via orale come sale calcico – Fosfocin Orale ®;
• Per via orale in bustine come sale di Trometamolo - Monuril ®.
15
Fosfomicina
• La sua struttura è stata subito dimostrata mediante sintesi
BuO
H3C CH2MgBr
H3C C CH
H3C C C Mg Br
H3C
THF
Cl
P
BuO
O
Di-butilclorofosfato
OBu HCl
P
O OBu
H3C
H3C
OH
P
O OH
1) NH3
NH4+
-
2) H2O2 60° C
H3C
O
O
P O NH4+
O
C
H2 Pd
Lindlar
C OBu
P
O OBu
Risoluzione con
Chinina
N
HO
MeO
N
H3C
OO
P O
O
Sale di Chinina
H3C
O-
P O
O
Sale di Chinina
O
BnNH2
H3C
OO
BnNH3+
P +
O BnNH3
O
16
Meccanismo d’azione della Fosfomicina
• Inibiscono la prima fase della biosintesi della parete batterica
Impedendo la formazione del lactil etere.
• Si lega alla transferasi responsabile della incorporazione del
fosfoenol piruvato all’acido uridindifosfato-N-Acetil glucosamina
per formare l’acido UDP- acetil muramico.
Enzima
Enzima
Enzima bloccato
Enzima
Enzima
17
Fosfomicina
• Se somministrata per via IM raggiunge un livello ematico di
17-28 mg/L già dopo 1 h. Analogo dosaggio per via orale
porta ad un livello ematico di 3 – 5 mg/L.
• Non viene biotrasformata dal ciclo enteroepatico.
• Viene eliminata inalterata
filtrazione glomerulare.
per
via
renale
mediante
• L’ottima diffusione tissutale del farmaco fa sì che venga
utilizzata nelle infezioni ossee e meingee.
• Vengono utilizzate in sinergia con altri antibiotici (β
βlattamici).
• Secondo alcuni autori sembra che la fosfomicina sia in
grado di ridurre la tossicità di composti aminoglicosidici e
glicopeptidici.
• È possibile riscontrare resistenza di tipo plasmidica dovuta
alla reazione tra l’epossido della molecola con il tio gruppo
del Glutatione.
18
Fosfono derivati
Analoghi: come possiamo vedere dalle formule di struttura essi non
posseggono il gruppo espossidico tipico delle fosfomicina e sono:
• FR 32863 (da S. lavendulae) e FR 32289 (da S. rubellomurimus)
e FR 31564 (Fosmidomicina da S. rubello-murinus).
OHC
OH OH OH
O
N
P
OH
N
HO
P
HO
O
OH
OH
N
O
OH
O
P
OH
O
• La Fosmidomicina è la più attiva e mostra sinergismo con altri
antibiotici β-lattamici, trimetoprim e gentamicina.
• Interessante è l’acido L-aminoetilfosfonico che inibisce la
alaninoracemasi batterica in vitro ma non inibisce la crescita
batterica perché non si accumula nella cellula. Il derivato Lalaninil è attivo in quanto entra nella cellula tramite
peptidopermeasi.
OH
O
H2N
P
OH
CH3
H2N
CH3 H
N
O
OH
O
P
OH
CH3
19
Cicloserina
• Isolata da differenti ceppi di actinomiceti, si differenzia
nettamente da tutti gli altri antibiotici antimicobatterici.
• Derivato a struttura
configurazione D.
eterociclica
(isossazolidinone)
avente
• Il Teridizone è un suo profarmaco entrato in terapia come
antisettico urinario.
NH2
HO
Cl
COOH
NH2 HCl
O
CH3
O
MeOH
HO
HCl
NH2 HCl
O
CH3
O
NH2
PCl5
N
H
O
NH
O
N
Teridizone
O
O
N
O
NH2OH HCl
Alcali
O
HN
O
HN
NH
O
Cicloserina
COOR
enammina con
estere acetoacetico
D-4-amino-3-Isosazolidinone
20
Cicloserina
La Cicloserina interferisce con la biosintesi della parete batterica:
• in quanto mima il dimero D-Ala-D-Ala (2 Alanine) e pertanto
blocca la creazione di reticolazioni nella parete batterica,
inibendo il legame tra la D-Ala e la Gly;
• inibisce la alaninoracemasi che converte L-Ala in D-Ala.
La Cicloserina, oltre ad essere un antibiotico ad ampio spettro
d'azione è usato soprattutto come anti-tubercolare di seconda
scelta, in associazione con altri farmaci, nei casi di resistenza
batterica,
• L’utilizzo in terapia è limitato dalla elevata tossicità soprattutto
a livello del sistema nervoso centrale: provoca convulsioni,
cefalea e tremori con intensità dose-dipendente.
Somministrata per via orale, ha ampia distribuzione e viene
escreto con le urine.
21
Antibiotici beta-lattamici
• Rappresenta
antibiotici.
R
R1
N
O
R2
la
–
–
–
–
–
–
classe
più
numerosa
di
Penicilline e derivati
Cefalosporine e derivati
Carbapenem
Oxapenem
Oxacefem
Carbacefem
– Monobattami
22
Penicilline
• Sebbene l’uso della Penicillina fosse ormai diffuso,
solo nel ’45 venne determinata la struttura mediante
l’analisi ai raggi X.
CYS
VAL
Derivano da Valina e Cisteina
Anello β-lattamico (azetidinone)
Anello tiazolidinico
La catena acilica R varia in funzione del
mezzo di fermantazione.
– Configurazione ai centri chirali 5R e 6R
–
–
–
–
23
Antibiotici betabeta-lattamici 2
• La penicillina G (R = benzile) fu la prima prodotta a
causa dell’elevata concentrazione di acido fenilacetico
presente nel brodo di coltura.
• La penicillina G ha le seguenti proprietà:
– Attiva contro i bacilli Gram-positivi;
– Non è tossica
– Inattiva su ampio spettro di batteri;
– Inefficace per via orale;
– Sensibile a tutte le β-lattamasi;
– Sono note reazioni allergiche.
• Lo scopo di produrre derivati analoghi per via
fermentativa o semisintetica è quello di trovare
composti privi di questi svantaggi.
24
Antibiotici betabeta-lattamici 3
• Inserendo nei brodi di coltura acidi acetici
variamente sostituiti vennero preparate le prime
penicilline modificate.
R-COOH
– Penicillina V o fenossimetilpenicillina
PhOCH2-
– Penicillina F
CH3CH2CH=CHCH2-
– Diidropenicillina F
CH3CH2CH2CH2CH2-
– Penicillina K
– Penicillina X
– Penicillina N
CH3(CH2)6-
p-OH-Ph-CH2+
NH3
(R)
-
– Isopenicillina
(S)
OOC
25
Antibiotici betabeta-lattamici 4
• Esiste una limitazione al tipo di acido carbossilico che
può essere aggiunto al brodo di fermentazione:
R-CH2COOH
• Sheehan riuscì nel 1957 a sintetizzare per la prima
volta la penicillina V (resa totale 1 %).
• 1958-60 Beeckams isolò per primo un intermedio
biosintetico (6-APA) che permise di sviluppare
numerose altre penicilline.
• Idrolisi enzimatica (Penicillinamidasi) o chimica (con
PCl5 eseguita a -65 °C).
26
Antibiotici betabeta-lattamici 5
• Sintesi di Sheehan
O
CHO
N
O
H2N
O
O
1) separazione eritro da treo
2) separazione isomeri ottici
CH3
HS
CH3
O
COOH
O
N
O
S
O HN
t-Butil-α
α-Ftalimido
malonaldeidato
D-Penicillamina
COOH
NH2
O
3) NH2-NH2
4) HCl, H2O
O
S
C6H5-O-CH2-COCl
O HN
HCl, Py anidra
NH
O
Py
COOH
O
S
O HN
L-eritro (S,R)
COOH
O
O
R
O
Ac. Fenossiacetil
penicilloico
1) NaOH
NH
S
OH HN
COOH
2) DCCD
H
NH H
O
S
N
O
COOH
Penicillina V
(resa 1%)
27
Antibiotici betabeta-lattamici 6
Preparazione industriale del 6-APA
H
NH H
R
O
H
NH H
R
S
N
O
CH3
CH3
ClSi(CH3)3
O
S
N
O
O
OK
O
PCl5 (-65 °C)
CH3
CH3
O
Si
R = C6H5-CH2
R
R
NH H
Cl
S
N
O
CH3
CH3
n-ButOH
NH H
Bu O
S
CH3
CH3
N
O
O
Si
O
S
N
O
O
CH3
CH3
O
Si
+
O
Si
O
Iminoetere
Iminocloruro
H2N H H
H3O
H2O alcalina
H2N H H
S
N
O
O
CH3
CH3
OH
6-APA
28
Antibiotici betabeta-lattamici 7
Sintesi dei derivati della 6-APA
H2N H H
S
N
O
O
CH3
CH3
OH
6-APA è da considerarsi un aminoacido pertanto può
essere derivatizzato all’atomo di azoto utilizzando:
– l’agente acilante
cloruro;
– l’agente acilante
anidride mista;
– l’agente acilante
estere attivo con la
N-Idrossisuccinimide;
– l’agente acilante
estere attivo con un
Nitrofenolo;
– la DCCD (dicicloesilcarbodiimide).
29
Antibiotici betabeta-lattamici 8
Degradazione delle penicilline
H
C N
O
R
O C
NH
R
S
N
O
CH3
CH3
COOH
OHBeta Lattamasi
-CO2
S
O
R
O C
NH
CH3
CH3
OH HN
S
HN
COOH
CH3
CH3
COOH
Acido penicilloico
H
R
C N
O
Acido penilloico
H2O
S
N
O
H
C N
O
H
R
CH3
CH3
COOH
+
H
O
S
CH3
CH3
+
N
H
R
H
+
N
S
O
O
COOH
N
H
CH3
CH3
R
+
+
N
O
COOH
HS
+
O
N
H
HOOC
S
N
R
N
CH3
CH3
COOH
Acido penillico
R
H
N
CHO
O
Penicillaldeide
-CO2
H
N
R
O
CHO
COOH
Acido penaldico
HS
H2N
CH3
CH3
CH3
CH3
COOH
Penicillamina
30
COOH
Antibiotici betabeta-lattamici 9
Sensibilità agli acidi delle Penicilline
• L’anello β-lattamico risulta essere il punto debole a
causa di una forte tensione angolare e torsionale.
• Gruppo carbonilico dell’anello
molto sensibile ai nucleofili.
β-lattamico
risulta
31
Antibiotici betabeta-lattamici 10
• Influenza della catena laterale acilica sull’apertura
dell’anello lattamico.
• Per modificare la resistenza agli acidi, bisogna
modificare il contributo della catena laterale al fine di
impedire l’attacco all’anello β-lattamico da parte
32
dell’acile.
Antibiotici betabeta-lattamici 11
Relazione struttura-attività nelle Penicilline
• Gruppi funzionali
Penicilline.
essenziali
per
l’attività
delle
• Variazioni permesse:
– A carico della catena laterale acilaminica;;
– A
carico
della
(esterificazione).
funzione
carbossilica
33
Antibiotici betabeta-lattamici 12
• La Pen V che possiede un ossigeno in α, avente
effetto elettron-attrattore, risulta più stabile
(somministrata per via orale).
• Notevole successo hanno quindi avuto le penicilline
disostituite in α nella catena.
• Anche la modificazione della funzione carbossilica ha
portato a derivati esterei somministrabili oralmente
(sono assorbite ed idrolizzate nell’intestino a dare la
corrispondente penicillina).
34
Antibiotici betabeta-lattamici 13
Principali penicilline
35
Antibiotici betabeta-lattamici 14
• Il legame delle penicilline con le proteine sieriche
dipende molto dalla catena laterale (una sua
maggior lipofilia porta ad un legame più forte).
– Protegge da degradazione;
– Riduce la conc. del farmaco libero;
– Riduce anche la velocità di escrezione basata su
un meccanismo di trasporto attivo di ioni
negativi.
Legame delle Penicilline alle proteine
Penicillina
% di legame alle proteine
Benzilpenicillina
45-68
Fenossimetilpenicillina
75-89
Meticillina
35-80
Ampicillina
25-30
Amoxicillina
25-30
Carbenicillina
∼ 50
Oxacillina
>90
Cloxacillina
>90
36
Antibiotici betabeta-lattamici 15
• E’ da tutti accettato che le penicilline agiscano
come inibitori selettivi ed irreversibili di enzimi che
costruiscono lo strato di peptidoglicano.
• Poco prima della formazione dei legami crociati il
peptide legato all’acido muramico termina con due
Alanine D.
• Una transammidasi
l’idrolisi.
della
parete
ne
catalizza
• Si è visto che la geometria del sito attivo
dell’enzima si accorda perfettamente con la forma
e la distanza degli amminoacidi del substrato.
• Si ritiene che gli antibiotici beta-lattamici
presentino stretta somiglianza con la geometria del
substrato D-Ala-D-Ala acetilato.
37
Antibiotici betabeta-lattamici 21
• L’apertura avviene con attacco nucleofilo da parte di
un OH.
• Formazione di un intermedio tetraedrico con possibilità
di rotazione attorno C1-N2.
Analogia strutturale tra l’antibiotico e il residuo acil-D-Ala-D-Ala
del precursore.
38
Antibiotici betabeta-lattamici 16
• Quando l’anello beta-lattamico (fortemente tensionato)
si lega al serinolo dell’enzima si apre ma non si stacca
impedendo al sito stesso di interagire con l’unità di
pentaglicina e di essere rigenerato.
Idrolisi di porzione della parete cellulare (D-Ala-D-Ala) da parte di una
transammidasi della parete cellulare
39
Idrolisi di un beta-lattame da parte di una transammidasi della parete cellulare
Antibiotici betabeta-lattamici 20
Legame delle penicilline con PBP
I.
Sito basico, caratterizzato dalla
presenza
di
una
Arg,
che
interagisce con lo ione carbossilato;
II.
Sito in grado di accettare
catena acilamminica;
III.
Sito
d’azione
responsabile
dell’idrolisi del nucleo azetidinonico.
II
III
I
40
la
Antibiotici betabeta-lattamici 17
• La Resistenza dei batteri alle penicilline è
soprattutto dovuta alla produzione di enzimi betalattamasi che idrolizzano il beta-lattame prima che
questo giunga alle PBP.
• Assomigliano alle transamidasi bersaglio ma, al
contrario, è possibile la loro rigenerazione di tipo
idrolitico e pertanto anche quantità minime di enzima
distruggono quantità elevate di farmaco.
• Vengono riversate nel mezzo extracellulare per cui
incontrano il farmaco stesso al di fuori della parete
cellulare .
• L’allergenicità è dovuta la tipo di farmacoforo e non
si può pensare di risolvere il problema.
41
Antibiotici betabeta-lattamici 18
• La Pen G è attiva contro tutti i gram-positivi fatta
eccezione per la Neisseria Gonorrhoeae.
• Se i batteri sono sensibili la Pen G rimane un
farmaco altamente efficace.
• La fenossimetil penicillina (Pen V) è stata la prima
delle sostanze orali che hanno permesso livelli
ematici più elevati e più prolungati.
• La Meticillina è stata la prima resistente alle
penicillasi per motivi sterici
42
Antibiotici betabeta-lattamici 19
• Altre penicilline ad uso orale resistenti alle penicillasi
sono la Oxacillina, Cloxacillina e la Dicloxacillina.
• Sono come la meticillina meno potenti della Pen G
contro i gram-positivi, ma sono più resistenti verso i
ceppi in grado di produrre l’enzima.
• Le penicilline derivate della D-fenilglicina sono ad
ampio spettro e anche più stabili in ambiente acido.
• Per ovviare al fenomeno della sensibilità alle betalattamsi, sono stati progettati farmaci definiti
substrati suicidi (acido clavulanico e Sulbactam) in
grado do bloccare in modo irreversibile l’ossidrile del
sito attivo.
• Associando il substrato suicida all’ampicillina ne viene
potenziata l’azione. L’amossicillina è del tutto analoga
alla precedente ma con un assorbimento orale migliore.
43
Antibiotici betabeta-lattamici 22
Biosintesi delle penicilline naturali
•
Costituzione iniziale del tripeptide tra l’acido L-α
αammino adipico, la L-Cys e la L-Val.
•
Ciclizzazione ad isopenicillina N
•
Sostituzione della catena laterale ad opera di una
aciltransferasi
Tripeptide
Isopenicillina N
NH 2
O
C
Ro
si
r
OOH
e
C
f
R
an s
r
t
l
i
Ac
Penicilline
44
Antibiotici betabeta-lattamici 23
Penicilline appartenenti al gruppo I
Questo gruppo comprende le penicilline naturali G e V e i derivati
semisintetici la cui struttura assomiglia a quella dei due archetipi.
Penicillina G viene prodotta per fermentazione da Penicillum
crysogenum, e commercializzata come:
– Sale sodico o potassico (rapida – escrezione per via tubulare);
– Sale di procaina (1/2 ritardo-livelli ematici costanti per
24h);
– Sale di benzatina (ritardo-alti livelli ematici per circa un
mese).
• Penicillina V (più stabile in ambiente acido) viene
commercializzata come:
O
– Sale sodico o potassico;
– Sale di benzatina.
N
O
Procaina
H2N
N
H
H
N
Benzatina
45
Antibiotici betabeta-lattamici 24
In questo gruppo troviamo anche:
derivati della Pen V modificati in catena.
•
R = -CH3 Feneticillina
•
R = -C2H5 Propicillina
•
O
R
O
HN
R = -C6H5 Fenbenicillina
S
N
O
COOH
derivati della Pen G derivati sempre in catena.
•
R = -N3 Azidocillina (legame con le proteine seriche buono,
Cl
rapida eliminazione e breve emivita)
Cl
•
R = -OCH3 Clomecillina
R
O
HN
S
N
O
COOH
46
Antibiotici betabeta-lattamici 25
Dati farmacocinetici relativi alle Penicilline appartenenti al gruppo I
•
Via di somministrazione: iniettabile per la Pen G orale per la Pen V
e le semisintetiche.
•
Legame alle proteine seriche: 65-80 % per i prodotti naturali e
sale al 90% per la clometicillina.
•
Diffusione tissutale: buona ma meno elevata che nel sangue;
aumenta nel parenchima renale e cala a livello del liquido cefalorachidiano.
•
Eliminazione: essenzialmente a livello renale (carattere acido)
mentre a livello biliare è poco importante.
•
Attività di queste penicilline è verso cocchi Gram+, bacilli Gram+,
anaerobi e spirochete,
•
Tra i Gram (–) solo i meningococchi e i gonococchi sono sensibili ma
solo ad alte concentrazioni.
47
Antibiotici betabeta-lattamici 26
Penicilline appartenenti al gruppo II
Si tratta sempre di Penicilline semisintetiche a stretto
spettro d’azione ma in grado di resistere alle penicillasi
secrete da certi ceppi di stafilococchi.
Tale resistenza venne osservata per la prima volta nel
’60 dopo un uso l’indiscriminato di Penicillina G.
Strategia
• inserire un gruppo
catena acilaminica;
ingombrante
nella
• consentire comunque all’anello β-lattamico
di attaccare il sito attivo dell’enzima
bersaglio.
In questa classe troviamo i derivati
Isossazolici tra i quali ricordiamo la
Oxacillina, Cloxacillina, Dicloxacillina e
Fluocloxacillina.
48
Antibiotici betabeta-lattamici 27
Sensibilità alle β-lattamasi
Oxacillina Penstapho
Cloxacillina
Flucloxacillina
Meticillina
OMe
H
NH H
MeO
O
R1
S
N
O
Anello aromatico
ingombranto ma
privo di elettron
attrattori
R
COOH
N
O
H
NH H
CH3 O
®
S
N
O
COOH
Anello aromatico
ingombranto ed
elettron attrattore
49
Antibiotici betabeta-lattamici 26
Meticillina ha attività inferiore a Pen G e uno spettro d’azione
ristretto (clostridi, naisserie, streptococchi e stafilococchi
non MR).
Eliminazione renale rapida e breve emivita.
Dolorosa somministrazione parenterale.
Resistenza dovuta alle PBP 2A.
Oxacillina
(Penstapho®),
Dicloxacillina,
Flucloxacillina (Isoxazolil penicilline)
inizialmente
sintetizzate
stafilococciche,
come
Cloxacillina,
penicilline
anti-
hanno un utilizzo limitato dalla bassa attività
dall’incremento della meticillina-resistenza MR;
sono somministrabili per os;
si legano fortemente con le proteine seriche (93-97%)
hanno una breve emivita.
50
e
Antibiotici betabeta-lattamici 27
Sintesi della catena isossazolica
CH
Cl
Cl
3 -C
NH2OH
COCl
Cl
Cl
C
Cl
Cl
Cl
C
O
N
OH
COOEt
OCH
2 -C
OO
Et
OH
Cl
Cl
Cl
COOEt
N O
Cl
COOH
N O
NH 2
O
51
Antibiotici betabeta-lattamici 28
Penicilline appartenenti al gruppo II
• In questo gruppo di sostanze troviamo anche la
Nafticillina e la ancillina.
O
R
O
R
O
• Le penicilline appartenenti a questo gruppo vengono
somministrate per I.M. o per via orale (derivati
isossazolici).
• La loro emivita è piuttosto breve (0,5- 1 h).
• Legame alle proteine seriche va dal 50 % della
meticillina fino al 90-100% per i derivati isossazolici.
• Distribuzione tissutale analoga a quella del I gruppo.
• Vengono escrete tal quali a livello renale o sotto
forma del corrispondente acido pencilloico.
52
Antibiotici betabeta-lattamici 29
Penicilline appartenenti al gruppo III
Appartengono a questo gruppo penicilline semisintetiche
modificate essenzialmente per allargarne lo spettro
d’azione verso i Gram (-).
Comprende quattro gruppi di sostanze a loro volta
suddivisibili in due sottogruppi.
I primi tre posseggono sul carbonio benzilico della
catena laterale:
un gruppo -NH2 (aminobenzilpenicilline).
un gruppo –COOH (Carbossibenzilpenicilline)
un gruppo –NH=CO-N-CO- (ureidopenicilline)
Il quarto gruppo è differente chimicamente in quanto
possiede in luogo della funzione carbossiamidica un
sostituente
N=CH-N
(amidinopenicilline).
53
Antibiotici betabeta-lattamici 30
Aminobenzilpenicilline
•
Tra queste troviamo:
NH2
H
NH H
O
NH2
S
N
O
O
CH3
CH3
HO
H
NH H
O
NH2
S
N
O
OH
O
Ampicillina
CH3
CH3
H
NH H
O
S
N
O
OH
OH
O
Amossicillina
CH3
CH3
Epicillina
•
Il gruppo amminico in posizione α rafforza, per effetto
elettron-attrattore, la stabilità in ambiente acido. Esso
possiede una pKa di circa 7.24.
•
Nonostante la buona stabilità in acidi dell’Ampicillina sono stati
preparate diversi prodrugs in conseguenza del sua scarso
assorbimento orale.
H2C
HN
N
H
N
N
O
Etacillina
O
Metampicillina
O
O
O
O
Pivampicillina
O
O
O
Bacampicillina 54
Antibiotici betabeta-lattamici 31
Sintesi dell’Ampicillina
C6H5
COOH
NH2
H3C
C6H5
NaOH
COOEt
COONa
COOH
NH2
HN
O
C6H5
COOEt
CH3
Benzilcloroformiato
Sale di Dane
D-Fenilglicina
Cl-COOEt
C6H5
SOCl2
HN
O
C6H5
Cl
-
COCl
NH3
COOH
C6H5
+
O
O
HN
O
O
Etilcloroformiato
OEt
COOEt
O
CH3
O
C6H5
6-APA
6-APA
NH2
C6H5
O
O
HN
1) 6-APA
OEt
O
2) H2 /Pd/BaCO3
H
NH H
O
S
N
O
O
CH3
CH3
OH
55
Antibiotici betabeta-lattamici 32
Carbossibenzilpenicilline
•
Tra queste troviamo:
O
COOH
H
NH H
O
S
N
O
O
CH3
CH3
O
H
NH H
O
CH3
CH3
N
O
OH
Carbenicillina
S
S
OH
O
Carindacillina
COOH
H
NH H
O
S
N
O
O
CH3
CH3
OH
Ticarcillina
Timentin ®
•
Il centro chirale in posizione α può essere utilizzato in forma
racema.
•
La Carbenicillina si degrada abbastanza
ambiente acido per cui non si usa per os.
•
Possiamo annoverare tra questi composti anche la Sulfocillina
SO3H
H
NH H
O
S
N
O
O
rapidamente
CH3
CH3
OH
56
in
Antibiotici betabeta-lattamici 33
Ureidopenicilline
• Derivano da una aminobenzilpenicillina
carbonio benzilico con un gruppo ureidico.
H
N
R
(R)
O
H
NH H
(R)
S
(R)
N
(S)
O
O
CH3
CH3
R =
OH
H
N
O
O
sostituita
H
N
N
N
sul
O
N
O
N
O
O
O
N
SO2
H3C
N
H
Azlocillina
Mezlocillina
Piperacillina
• Le ureidopenicilline sono usate sempre per via I.V.
• La somministrazione
all’ambiente acido.
orale
è
impedita
dall’instabilità
• La diffusione extravascolare è buona e nei diversi tessuti
più che soddisfacente.
• Vengono eliminate fondamentalmente nelle urine e poco
tramite vie biliari (eccezione l’Apalcillina)
57
Antibiotici betabeta-lattamici 34
Amidinopenicilline
• Apparse nel 1972 - utilizzano una struttura originale che vede
l’azoto dell’acido 6-APA coinvolto in una ammididna.
N
NH H
S
N
O
O
CH3
CH3
R = H
R= Pivaloilmetil
Mecillina
Pivmecillina
OR
• Questo tipo di modifica strutturale comporta :
– una azione elettiva verso i batteri Gram (-) ma quasi nulla
per i Gram (+);
– un sito d’azione differente rispetto alle altre penicilline (si
legano con grande affinità alle PBP2);
– Mancanza di resistenza crociata con le ampicillina che le
porta ad un uso sinergico con esse.
58
Antibiotici betabeta-lattamici 35
Spettro d’azione
• Catena acilaminica
– Gruppi idrofobici favoriscono l’attività vs Gram-pos ma non
vs Gram-neg.
– Gruppi idrofili incrementano l’attività vs Gram-neg ma la
diminuiscono vs Gram-pos.
Attività rispetto alla Penicillina G
H2N
H
NH
HOOC
O
S
N
O
H2N
H
NH
O
S
N
O
COOH
COOH
Penicillina N
Penicillina T
Gram-pos
circa 1%
Uguale
Gram-neg
Maggiore
2-4 volte >
59
Antibiotici betabeta-lattamici 36
• Antibiotici a largo spettro di classe I
Ampicillina e Amossicillina
•
•
•
•
Attive vs Gram-pos e neg che non producano penicillasi.
Resistenti agli acidi (NH2).
Non tossiche.
Inattive contro lo Pseudomonas aeruginosa.
• Possono provocare distruzione della flora intestinale.
NH2
H
NH H
O
S
N
O
O
H+
Pen
O
O
O
O
O
O
O
OR
Pivampicillina
Bacampicillina
Talampicillina
H+
O
H
Pen
O
O
O
CH3
CH3
C
H2
Enzima
O
Pen
O
+
OH
O
O
CH2O
60
Antibiotici betabeta-lattamici 37
Antibiotici a largo spettro di classe II
Carbenicillina
• Resistente alla maggior parte delle penicillasi.
• Sensibile agli acidi (deve essere iniettata).
• Attiva contro i gram-neg ma poco contro gram-pos (gruppo
acido idrofilo).
• Attiva contro lo Pseudomonas aeruginosa.
• Possiede in posizione α della catena un centro
aggiuntivo e solo un enantiomero è quello attivo.
O
OR
H
NH H
O
S
N
O
O
CH3
CH3
R=H
Carbenicillina
R = Ph
Carfecillina
chirale
OR
61
Antibiotici betabeta-lattamici 38
6α
α-Metossi penicilline
• Derivano
dalla
scoperta
della
resistenza
metossicefalosporine alle β-lattamasi.
delle
7-
• La temocillina è attiva su un gran numero di Gram-neg. Attiva
nei confronti dei coliformi resistenti alle cefalosporine di 3a
generazione, ma non nei confronti dello Pseudomonas
aeruginosa.
– Possiede un’emivita di 4-5- ore (legame proteico 85%).
– Ha una elevata stabilità metabolica.
– Il sale bisodico viene preparato per scambio con sodio
etilesanoato.
6a-Formamido penicilline
• Preparate sulla base dello stesso razionale delle precedenti.
S
CH3
O H
H
N
HO
O
(S)
O
S
(R)
N
(S)
O
O
CH3
CH3
OH
62
Antibiotici betabeta-lattamici 39
Metodi di sintesi di Penicilline
O
H2N
S
Cl
NaHCO3
O
N
O
O
O
H
N
O
S
O
COOH
H2
OH
N
O
H
N
O
COOH
S
O
Pd/C
N
O
COO
H
O
Carbenicillina
O
O
NH
O
NH2
∆T
-H2O
O
O
N
NH
H2N
O
N
HN
NH
H3C
O
S N
O2
O
2) Fosgene
H3C
H
N
H2N
O
Cl
N
O
O
S
N
O
S N
O2
O
N
O
N
COOH
TEA, pH 8-8.5, 0-5° C
NH
1) TMCS
O
N
S
COOH
Cl
O
CH3SO2Cl
H
N
O HN
O
N
O
2) Fosgene
1-Etil-Piperazin2,3-dione
S
O
O
N
1) TMCS
H
N
COOH
TEA, pH 8-8.5, 0-5° C
Piperacillina
O
O2 S N
H3C
H
N
HN
N
O
O
S
N
O
COOH
Mezlocillina63
Antibiotici betabeta-lattamici 40
Metodi di sintesi di Penicilline
O
O
O
NH H H
N3
S
N
O
O
O
CH3
CH3
OH
Cl
NH H H
O
O
N3
NH H H
S
CH3
CH3
N
O
Etil α-cloroetil
carbonato
O
H2 Pd/C
O
O
O
N3
S
N
O
O
Cl
O
CH3
CH3
O
O
O
O
CH3 O
BACAMPICILLINA
O
NH H H
O
CH3
CH3
N
CH3
O
NH H H
S
O
CH3 O
O
NH2
N3
S
N
O
OK
O
Clorometilpivalato
NH H H
H2 Pd/C
CH3
CH3
O
NH2
S
CH3
CH3
N
O
O
O
O
O
O
O
PIVAMPICILLINA
H2N H H
Cl
S
N
O
O
CH3
CH3
OH
H2N H H
O
O
S
N
O
O
CH3
CH3
O
N
1) NaHCO3
2) CHCl3 / TEA
O
O
3) FORMILESAMETILENIMINA
OSSALIL CLORURO
ETERE ETILICO -20°
N HH
S
N
O
O
CH3
CH3
O
O
O
PIVMECILLINA
64
CH3
Antibiotici betabeta-lattamici 41
6-Metossi penicilline
S
S
O
H3C
O
p-NO2BnBr
H
NH H
O
S
N
O
O
O
H3C
CH3
CH3
H
NH H
O
O
PCl5 Py
S
N
O
OK
Benzene
CH3
CH3
O
O
NO2
S
NH H
S
C C
ROOC
N
O
S
Br2 THF -70 °C
CH3
CH3
MeONa MeOH
C
ROOC
O
CH3
CH3
N
H3PO4 THF
O
R
O
S
H3C
S
O
O
R
O
S
CH3
H
N OH
O
H3C
O H
C N
O
H2
S
N
O
O
CH3
CH3
Pd/C
H2O (Na2B407)
CH3
H
N OH
HO
O
O
S
N
O
O
O
NO2
Temocillina
CH3
CH3
OH
65
Cefalosporine
• Derivano
dalla
Antibiotici betabeta-lattamici 42
scoperta
da parte di Brotzu del
Chephalosporium acremonium i cui brodi di fermentazione
avevano azione anti stafilpcocchi.
• Molecola simile alla penicillina N salvo il nucleo diidrotiazinico
in luogo di quello tiazolidinico.
• Iniziò così la ricerca di nuovi derivati semisintetici
sull’esempio delle penicilline al fine di identificare il
farmacoforo e di allargare lo spettro d’azione.
• Venne così introdotta in terapia la Cefalotina.
• Contemporaneamente
Cefamicine.
ricercatori
della
Lilly
isolarono
• Le diverse modificazioni introdotte permisero di:
Allargare lo spettro d’azione;
Aumentare la resistenza alle beta lattamasi;
Migliorare moltissimo le proprietà farmacocinetiche.
66
le
Antibiotici betabeta-lattamici 43
Struttura delle Cefalosporine
• Struttura biciclica simile a quella delle penicilline, a libro aperto,
con angolo diedro pari a 135°.
• Derivano dagli stessi amminoacidi.
• Elemento comune fondamentale è l’anello beta lattamico
(azetidinone).
• Il secondo anello è una 2,3-diidro-6H-1,3-tiazina.
• Vi sono solo due centri chirali (in 6 e 7) entrambi:
aventi configurazione R;
Indispensabili all’attività biologica.
CYS
6
5
1
4
2
3
VAL
Cefalosporina C
67
Antibiotici betabeta-lattamici 44
Prodotti naturali
H2N
H2N
H
N
HOOC
O
S
N
H
N OCH3 S
HOOC
O
O
COOH
N
O
O
O
R
COOH
• La sola molecola naturale delle cefalosporine propriamente
dette è la Cefalosporina C (prodotta da un fungo).
• Per contro le cefamicine sono prodotte da Actinomiceti
(Streptomyces) e tra esse ricordiamo:
• Cefamicina A isolata da S. griseus e S.viridochromagenes
• Cefamicina B isolata dalle stesse colture.
• Cefamicina C isolata da colture di S. lactamdurans.
O
OCH3
O
SO3H
OCH3
O
O
O
NH2
68
O
O
A
OH
B
C
Antibiotici betabeta-lattamici 45
Biosintesi della Cefalosporina C
• Deriva dalla penicillina N ad opera di una ossigenasi,
enzima inibito dagli ioni CN-.
H2N
H
NH H
HOOC
O
Ossigenasi
S
N
O
O
CH3
CH3
OH
H2N
H
NH H S
HOOC
O
N
OAc
O
COOH
interessante
notare
che
il
Cephalosporium
acremonium è privo di sistemi enzimatici quali:
• È
• Transacilasi - pertanto, contrariamente alle
penicilline, il tentativo di ottenerle già modificate
variando i precursori presenti nel terreno di coltura
ha portato a risultati negativi;
• Amidasi - analoghi risultati negativi sono stati
ottenuti dalle prove di idrolisi enzimatica della
catena.
69
•Antibiotici betabeta-lattamici 46
Sintesi della Cefalosporina C
O
SH
H2N
MeOOC
Acetone
t-BuOCOCl
N
S
Pb(OAc)2
MeOOC
NaN3
N
S
MeOOC
Cl
O
S
N
O
O
MeOH
SOCl2
MeOOC
S Na SnO
2
2
O
S
N
O
Idrolisi
S
N
O
NH2 DCCD
MeOOC
N3
OH
MeOOC
O
N
S
N
O
OAc AcONa
MeOOC
t-BuOH
O
O
O
O
O
A
NH
O
O
O
S
N
OH
N
H
N
O
O
S
AcCl Py
N
OH
H
N
O
Zn, ACOH Acq
N
O
O
CCl3
CHO
O
OAc
O
O
N
R
S
B2H6
O
CCl3
CCl3
R
S
O
CHO
O
O
B
O
CHO
O
S
N
ac. TFA
O
R
Idrolisi
H
N
R
H2N
O
H
N
O
CCl3
S
N
OAc
O
O
O
CCl3
O
OH
70
Antibiotici betabeta-lattamici 47
Preparazione del 7-ACA
• I metodi classici
regioselettività.
di
desacetilazione
risultarono
privi
di
• Pertanto, la preparazione di Cefalosporine semisintetiche fu
resa possibile solo dopo il 1962 allorché Morin e coll. misero a
punto un metodo d’idrolisi selettiva dell’amide in 7.
• Le rese sono piuttosto basse (45-50 %).
NH2
H
N
HOOC
O
H
N
NOCl
S
S
O
N
OAc
O
HNO2
HCOOH
COOH
N
N
N
COOH
S
H2O
OAc
O
OAc
O
H2N
S
O
HOOC
HOOC N+
N
Cl-
N
OAc
O
COOH
COOH
71
Antibiotici betabeta-lattamici 48
• Successivamente altri metodi permisero di migliorare
le rese di questa idrolisi:
Metodo Peter, Bickel & Vischer utilizza diversi tipi di
protezione dei gruppi funzionali presenti (resa 75%);
Metodo con TMCS, PCl5 e BuOH dove la protezione avviene
in situ ad opera dell’agente silanizzante (resa 90%).
NH2
HO
H
N
O
O
S
N
O
O
N
H
N
OAc
O
O
O
POCl3
O
O
OH
EtOH
S
N
OAc
O
O
O
O
N
O
O
N
O
EtO
S
Idrolisi
N
H2N
OAc
O
S
N
OAc
O
O
O
O
O
72
Antibiotici betabeta-lattamici 49
Cefalosporine da Penicilline
• Si tratta di una sintesi biomimetica di apertura del
ciclo pentatomico, chiusura con allargamento a ciclo
esatomico e sua funzionalizzazione.
Ione solfonio
73
Antibiotici betabeta-lattamici 50
Cefamicine
(7 α-metossicefalosporine)
• Sono caratterizzate dall’avere un
gruppo metossilico in posizione 7 α e
da una catena laterale in 3 con gruppi
acilanti diversi.
NH2
H
N OMe S
HOOC
O
N
X
O
COOH
X =
O
Cefamicina A
O
OMe
• Sono più resistenti all’idrolisi da parte
delle β-Lattamasi di batteri Gram-neg
che inattivano le cefalosporine di
prima generazione.
• Numerosi derivati delle Cefamicine
sono stati ottenuti modificando sia la
catena in 7-β
β acilamidica che quella
acilossimetilica in 3.
O
SO3H
O
Cefamicina B
O
OMe
OH
O
Takeda C-2801-X
OH
O
OMe
OH
O
Cefamicina C
7α
α-Metossice
falosporina C
7α
α-Metossidesacetos
sicefalosporina C
O
NH2
O
O
CH3
H
74
Antibiotici betabeta-lattamici 51
• Tutti i tentativi di scissione della catena laterale in 7
hanno sempre comportato inversione di configurazione
del centro chirale.
H2N
H2N
S
N
OAc
O
MeOH
N
R
H
N OMe S
O
N
O
O
OAc
OCH(Ph)2
Anisolo
R
N
OAc
O
OCH(Ph)2
O
OCH(Ph)2
CF3COOH
OAc
RCOCl
H2/ PtO2
Diossano.
O
OCH(Ph)2
H2N OMe S
N
OCH(Ph)2
OAc
DCM -15 °C
O
O
AgBF4
O
OCH(Ph)2
N3 OMe S
OAc
O
BrN3 TEA
O
0 °C
O
S
N
OAc
O
COOH
S
HNO2 DCM
N
t. amb.
N3 Br
N2
S
(Ph)2CN2
H
N OMe S
O
N
OAc
O
O
OH
75
Antibiotici betabeta-lattamici 52
• Le principali Cefamicine entrate in terapia come Sali
sodici sono la Cefossitina (Mefoxin® - Cefociclin®),
il Cefotetan, il Cefmetazolo (Metax® - Metafar®)
ed il Cefbuperazone.
• La maggior attività delle cefamicine, rispetto alle
corrispondenti
6-α
α-metossi
penicilline,
è
da
attribuirsi
alla
diversa
reattività
dell’anello
azetidinonico.
• Le cefabacine (7α
α-formammido cefalosporine) hanno
attività antibatterica modesta associata ad una
buona resistenza alle β-lattamasi.
• Sono stati
cefabacine.
sintetizzati
numerosi
analoghi
delle
76
Antibiotici betabeta-lattamici 53
Modificazioni strutturali
• Sebbene l’attività della Cefalosporina C fosse
modesta essa presentava delle qualità tali da
giustificare gli sforzi per giungere al 7-ACA
• Rispetto alla penicillina la cefalosporina offre una
maggior gamma di variazioni strutturali.
In posizione 7–β ed- in 7-α
α-;
In posizione 3;
R
H
N R
O
S
N
OAc
O
Alla funzione carbossilica.
O
OR
77
Antibiotici betabeta-lattamici 54
Modificazioni strutturali in 7
• In 7-α
α le modificazioni sono rappresentate dalle
Cefamicine (resistenti alle β-lattamasi ed attive) e
dalle Cefabacine (sempre resistenti ma poco attive).
• Le modificazioni in 7-β sono quelle responsabili delle
differenti proprietà antibatteriche.
• Esse hanno portato al maggior numero di composti
clinicamente utili con differenze di livello di attività
e di ampiezza di spettro.
• I migliori risultati si sono avuti acilando il gruppo
amminico in 7 con un derivato dell’acido acetico mono
sostituito.
• Soltanto nel caso del derivato fenilacetico è possibile
avere un accrescimento dell’attività verso Gram-neg
introducendo in α un gruppo amminico o ossidrilico.
78
Antibiotici betabeta-lattamici 55
Modificazioni strutturali in 7
H
R N
S
N
CIM (µ
µg/mL)
S. Aureus
E. Coli
OAc
O
O
OH
CIM (µ
µg/mL)
S. Aureus
E. Coli
COOH
O
Cefalosporina C
39
67
O
0.5
HOOC
NH2
O
0.2
88
NH2
27
O
O
6.3
Cefaloglicina
3.1
3.5
OH
140
O
O
1.5
5.6
OMe
18
>200
O
OMe O
S
S
0.1
O
CN-CH2-CO
O
62
S
N
Cefacetrile
0.6
12
Cefalotina
0.5
6.4
Cefapirina
0.4
17
79
Antibiotici betabeta-lattamici 56
Modificazioni strutturali in 3
• Queste
modifiche
servono
a
migliorare
le
proprietà
farmacocinetiche e, solo raramente, hanno portato ad un
ampliamento di spettro d’azione.
• Il gruppo acetossilico viene facilmente rimosso, da parte di
nucleofili azotati o solforati, con un meccanismo concertato che
stabilizza il carbocatione.
• Il sostituente in 3 influenza questa risonanza con conseguente
modifica della reattività dell’anello β-lattamico e pertanto
variazione dell’attività delle Cefalosporine.
• In vivo, il gruppo acetossi viene idrolizzato ad alcol avente attività
H
H
H
ridotta.
R N
S
R N
S
R N
S
N
OAc
N
O
OH
N
H+ o in vivo
H
R N
S
OH
O
OH
Nu
O
O
OH
O
OH
S
N
O
O
N
O
O
Esterasi
H
R N
+
O
O
80
Antibiotici betabeta-lattamici 57
• La sostituzione dell’acetile con omologhi ha portato a prodotti
con analoga attività che decresce all’aumentare della catena
aliciclica.
• Il derivato 3-piridinio (Cefaloridina) è stato il primo composto
della serie avente maggior attività verso i Gram-neg e diversi
vantaggi:
Stabilità metabolica;
Solubilità in acqua;
Basso legame serico;
Basso dolore all’iniezione.
H
N
S
S
O
N+
N
O
O
Cefaloridina
CIM (mg/mL)
S. Aureus
E. Coli
0.4
3.3
O-
• La trasformazione dell’acetile in azide, ammina e ammidi non
ha portato a risultati degni di nota.
• I ditiocarbammati (-S-CS-NR2), xantogenati (-S-CS-OR)
tioteri (-SR), tiouree (-S-C(=NH)-NR2 e i tiosolfati (-SSO3Na hanno dato analoghi risultati.
81
Antibiotici betabeta-lattamici 58
• I migliori risultati sono stati ottenuti con i
derivati di tiolieterociclici aromatici che
hanno accentuato l’attività verso i Gramneg.
• Sono attivi
parenterale.
se
somministrati
per
via
• Il gruppo 2-mercapto-1-metiltetrazolico
sembra
responsabile
di
fenomeni
emorragici dovuti a interazioni con la
vitamina K.
N N
S
2-Mercapto3,4-tiadiazolo
S
N N
S
S
N N
S
N
H3C
CH3
2-Mercapto-5-metil3,4-tiadiazolo
2-Mercapto-1-metil1,3,4-triazolo
N N
2-Mercapto-1-metilN
1,3,4,5-tetrazolo
S
N
H3C
H3C
N N
2-Mercapto-1-metilOH 4-cheto-5-idrossiS
N
1,3,6-triazina
O
Se al gruppo mercaptotetrazolico, presente in posizione, 3 si
sostituisce il metile con una catena alchilica recante un gruppo acido
finale (COOH, SO3H, NHSO3H), le nuove molecole presentano alti
livelli ematici e sono molto attive sui Gram-neg. resistenti alle
cefalosporinasi.
82
Antibiotici betabeta-lattamici 59
• Tra le modificazioni in 3 abbiamo anche la sostituzione
dell’acetossi con un atomo di H a dare i 3-metil derivati (le
cosiddette desacetossi cefalosporine derivanti dal 7-DACA)
• Questi derivati del 7-DACA, quando recano in α sulla catena
amidica in 7 un amino gruppo, mostrano una buona attività
orale. Eccezione è la Cefatrizina che in 3 presenta il gruppo 4tia-1,2,3-triazolico e viene ben assorbita oralmente.
• Successivamente si è visto che l’assorbimento orale delle
cefalosporine viene esaltato dalla presenza di gruppi αossiminofuril o tiazolilacetamidici (Cefixima)
HOOC
H2N
NH2
S
HO
N
O
H
N
O
N
S
N
O
OH
7-ADCA
H
N
S
O
S
N
HN N
O
Cefatrizina
O
OH
H2N
N
S
O
N
Cefixima
O
O
OH
83
Antibiotici betabeta-lattamici 60
Modificazioni Strutturali in 4
CH3
O
N
• La formazione di esteri labili sul
carbossilato in 4 produce un notevole
incremento
alla
liposolubilità
della
molecola: Cefuroxima Axetil, Cefteram
Pivoxil e Cefpodossima Proxetil
H
N
O
N
Resistenza alle β-lattamasi.
O
CH3
O
N
N
H2N
O
O
H3C
H
N
S
O
CH3
CH3
S
O
N
N
N
N
N
O
O
CH3
O
N
Liposolubilità-ionizzabilità;
Stabilità chimica e reattività del βlattame
OAc
O
• Sono tutti profarmaci.
• Un buon assorbimento gastro-enterico
unito ad una buona attività è il risultato
di modifiche strutturali con opposte
influenze:
S
O
H2N
H3C
H
N
S
N
O
O
CH3
CH
CH3 3
O
S
O
N
O
O
O
H3C
O
O
O
84
CH3
O
CH3
Antibiotici betabeta-lattamici 61
Cefalosporine di prima generazione
• Comprende prodotti che hanno un’ottima attività contro i
Gram (+) e su buona parte di Gram (-) (esclusi Salmonelle,
Enterobacter, Pseudiomonas, H. influenzae) e resistono alle
β-lattamasi da Stafilococchi.
• Distinte in
– Metabolicamente instabili (presentano in 3 l’Aceotossile
che è idrolizzabile) e tra di esse troviamo la Cefalotina
(prima cefalosporina commercializzata);
– Metabolicamente stabili (le più nefrotossiche).
• La catena in 7 può essere:
– Lipofila (Cefalotina e Cefaloridina)
– Idrofila (Cefazolina, Cefacetrile, Ceftezolo)
– Indifferente (Cefapirina).
85
Antibiotici betabeta-lattamici 62
Cefalosporine di prima
generazione
Instabili
Cefalotina
Agenti ad uso
parenterale
Cefapirina
Cefazolina
Agenti ad uso
orale
Agenti ad uso
parenterale e
orale
Cefalexina
Cefadroxile
Cefradina
Stabili86
Antibiotici betabeta-lattamici 63
Cefalosporine di seconda generazione
• Attive come le precedenti ed
influenzae e alcuni gram-negativi.
in
più
contro
H.
• Sono meno tossiche e più resistenti delle precedenti
alle β-lattamasi.
• Appartengo a questa classe:
– Derivati
con
Cefonicid);
catena
mandelica
(Cefamandolo
e
– La Cefuroxima che in 7 presenta una catena recante un
gruppo metossimico in configurazione sin (l’isomero anti è
inattivo) che la rende notevolmente resistente alle βlattamasi (anticipa quelle di terza generazione).
– In questa classe rientrano le Cefamicine (7α
α-metossi) in
particolare la Cefoxitina che presenta in 3 un gruppo
carbamoilmetilenico.
87
Antibiotici betabeta-lattamici 64
Cefalosporine ad uso parenterale
di seconda generazione
Cefamandolo nafato
Cefonicid
Cefuroxima
Cefamicina
Cefoxitina
Ceforanide
Cefotetan
88
Antibiotici betabeta-lattamici 65
Cefalosporine di terza generazione
•
Allargamento dello spettro d’azione.
•
Hanno minore azione contro gli stafilococchi ma
sono più potenti contro i gram-negativi.
•
Possiedono tutte una emivita allungata.
•
Due classi:
– Derivati α-idrossamici (Metossimine, acilossime)
nei quali è presente in 7 un gruppo 2-ammminotiazolil-α
α-ossiminoacetico;
– Derivati
aventi
catena
anionica
(Cefoperazone, Cefpiramide).
•
in
7
La Ceftizoxima non porta nessun sostituente in 3
per evitarne l’idrolisi e quindi l’inattivazione.
89
Antibiotici betabeta-lattamici 66
Cefalosporine ad uso parenterale
di terza generazione
7β
β
4
3
7α
α
Cefotaxima
Ceftizoxima
Ceftriaxone
Ceftazidina
Cefoperazone
Moxalatam
90
Antibiotici betabeta-lattamici 67
Cefalosporine ad uso orale
Seconda generazione
7β
β
4
3
7α
α
Cefuroxima axetil
Cefaclor
Loracarbef
Cefprozil
Terza generazione
Cefixima
Cefpodoxima proxetil
91
Antibiotici betabeta-lattamici 68
Cefalosporine di 4 generazione
• Le cefalosporine di quarta generazione possiedono una
maggiore attività antibatterica, un largo spettro d’azione e
una minore tossicità associati ad una maggiore stabilità alle β–
lattamasi.
• Vengono utilizzate per combattere infezioni scarsamente
sensibili alle cefalosporine delle prime generazioni:
– Polmoniti nosocomiali;
– Complicazioni acute di bronchiti croniche;
– Infezioni del tratto urinario;
– Infezioni
da
Stafilococchi,
streptococchi
e
P.
aeruginosa;
– Infezioni da anaerobi:
92
Antibiotici betabeta-lattamici 69
Cefalosporine di IV generazione
Cefepima
N+
N O
H
N
S
H2N
N
Cefpirone
N+
S
O
N
R
O
COO
N+
N
-
OH
S
H2N
N
N
N O
H
N
O
NH2
O
S
NH2
+
N
O
Cefoselis
Cefclidina
N
COO-
93
Antibiotici betabeta-lattamici 69
Nuovi composti in fase clinica
Derivano da studi SAR condotti sulla Ceftazidima con
lo scopo di incrementare l’ingombro sterico in
posizione 3 del nucleo cefalosporinico.
La
massima
attività
contro lo
Pseudomonas aeruginosa la si
ottiene
con
l’introduzione
sull’anello
Pirazolico
di
una
ulteriore catena in posizione 4
COOH
N O
H
N
S
H2N
N
O
S
N
+
N
O
COO-
Ceftazidima
H2N
H2N
COOH
N O
H
N
S
H2N
N
O
N+
N
NH2
S
N
O
NH
R
COO-
O
N+
N
N+
OH
FK518
NH
NH2
FR245989
N
NH2
94
FR264205
Antibiotici betabeta-lattamici 70
Metodi di sintesi delle Cefalosporine
O
NH2
O
OEt
COOH
COOEt
HN
H2N
+
COOH
N
O
HO
HO
D-(-)Idrossifenilglicina
sale di DANE
NH2
Etile cloro
carbonato
S
CH3
COOH
TEA
H
N
O
HO
S
N
O
CH3
COOH
CEFADROXIL
O
O
Cbz
NH
H2N
COOH
+
S
N
NH
OAc
H
N
O
O
EtilIsobutile
clorocarbonato
S
NH2
OAc TEA
N
O
O
COOH
H
N
S
N
OAc
O
COOH
COOH
CEFALOGLICINA
H2 Pd-BaSO4
NH2
H
N
O
S
N
Boc
t-butilecloro
carbonato
OAc
O
NH
TEA
H
N
O
H2 Pd-BaSO4
S
N
NaHCO3
OAc
O
COOH
H
Si N
HN
S
BSA
OAc
O
N
OAc
+
COOEt
COOH
O
COOH
O
S
N
O
CH3
COOH
CEFALEXINA
S
N
H
N
COOH
CEFALOGLICINA
H2N
NH2
COOSi(CH3)3
D-(-)fenilglicina
sale di DANE
to
na
o
rb
ca ilina
o
r
n
clo til a
it le ime
e
M D
95
Antibiotici betabeta-lattamici 71
O
OH
HS
Cl
S
O
PCl5
COOH
S
N
N
COCl
H2N
S
S
+
N
NH
S
N
OAc
N
OAc
O
O
COOH
COOH
N
CEFAPIRINA
O
H2N
Cl
S
+
O
NaHCO3
S
N
O
NH
S
S
N
OAc
OAc
N
O
NH
S
O
COO-
COOH
HCOOH
Ac2O
N+
N
O
COOH
S
CEFALOTINA
CEFALORIDINA
O
H
N
O
H
Na+ S
S
N
OAc
O
OH
O
CH3
N
N
NN
H2N
O
COOH
H
N
O
S
CH3
N
S
N
N
COOH
N N
O
O
S
N
S
O
COOH
CH3
N
N
N N
CEFAMANDOLO
H
2
N
+Na S
S
N
OAc
O
H
N
N
N
H2N
COCl
S
N
S
O
COOH
NH2
NH3+Cl-
COOH
H
N
HO
N
N
HO
H
N
O
S
N
H
N
S
O
N
COOH
N
CEFATRIZINA
96
Antibiotici betabeta-lattamici 72
H2N
S
H2N
Difenildiazometano
N
S
OAc
COOH
OAc
O
O
Et
N
O
OH
N
+
H2N
COOH
Et
N
O
S
N
S
O
O
A
CH3
N
N
N N
OH
COOH
N
H
B
O
O
OH
O
N-Metilmorfolina
A+B
H2N
O
O
Cl
+
CH3
N
N
N N
O
O
N
S
N
pTSOH
MeOH
O
-
Cloro etile
carbonato
N
H
N
Et
N
H
N
S
O
O
OH
O
LiMeOH / MeOH
CH3
N
N
N N
N
O
O
O
O
N
H
N
N
t-Butilipoclorito
Et
-70°
O
H
N OMe S
O
N
S
O
O
O
O
Anisolo
Ac Trifluoroacetico
OH
O
N
Et
N
N
H
O
O
H
N OMe S
O
N
S
O
O
OH
CH3
N
N
N N
CEFBUPERAZONE
97
CH3
N
N
N N
Antibiotici betabeta-lattamici 73
H2N
O
S
Difenildiazometano
N
OAc
pTSOH
MeOH
COOH
H2N
S
-
N
OAc
O
O
S
+
CH3
N
N
N N
H2N
S
N
CH3
N
N
N N
S
O
O
OH
OH
+
COOH
HO
D-(-)Idrossifenilglicina
sale di DANE
OH
OH
H
N
Etile cloro
carbonato
O
S
H2N
O
BSA
-15°
CH3
N
N
N N
N
O
O
OH
+
N
Et
N
O
Cl
Et
O
N
H
N
N
H
N
O
COOE
t
HN
O
O
S
N
S
O
O
O
OH
CEFOPERAZONE
H2N
O
O
O
HNO2
O
CH3
NH2OMe
O
O
COOH
N
+
OAc
O
O
O
N
O
COOH
HCl gas
S
N
O
Ossalil
cloruro
O
H
N
O
1) Cloro solfonil O
isocianato
S
N
OAc
O
O
O
N
H
N
O
2) Ac. Trifluoro
acetico/Anisolo
S
N
O
NH2
O
O
OH
O
CEFUROXIMA
98
CH3
N
N
N N
Antibiotici betabeta-lattamici 74
H2N
S
N
S
O
O
OH
N OCH3
CH3
N
N
N N
+
O
Cl
N
S
N
N
H2N
Cl
N
S
O
OEt
N
NH
S
O
S
OH
CH3
N
N
N N
S
N
O
O
O
S
Tiourea
EtOH
THF
O
OEt
O
NH
Cl
OCH3
H
N
O
H2N
S
N
O
N
Cloro acetil
cloruro
O
O
NH
Cl
O
S
DMA
S
N OCH3
H
N
OH
CH3
N
N
N N
N OCH3
Metossi
ammina
S
O
O
Cl
Cefmenoxima
OEt
N
NH
O
N OCH3
1) KOH
2) PCl5
0° C Cl
S
O
Cl
N
NH
O
99
Antibiotici betabeta-lattamici 75
Modifiche strutturali alle Penicilline
O
• Gruppo carbossilico
H
NH H
O
COOH
H
NH H
O
N
O
• Carbapenam non sono interessanti
R
N
CH2OOH
N
O
• Penem (vedi Tienamicine)
O
H
NH H
O
R
O
N
O
R
• Azapenam privi di attività
N
N N
H
OH
R
• Oxapenam (meno attivi ecc. ac.
Clavulanico)
N
COOH
H
NH H
O
N
O
R
CH2OOH
100
Antibiotici betabeta-lattamici 76
Carbapenem
• L’atomo di S delle penicilline è sostituito da un C.
• Posseggono un ampio spettro di attività sia Gram-pos che Gramneg.
• Tienamicina isolata da Sterptomices Cattleya.
• Possiede in 6-α
α una catena idrossietilica
molto stabile alle β-lattamasi.
(non acilaminica) ed è
• Contemporaneamente ricercatori della Beecham isolarono, da
colture di Streptomices Olivaceus, l’acido Olivanico (catena in 6-β)
β)
in grado di inibire anche le β-lattamasi.
R
OH
NH2
H3C
S
N
O
O
Tienamicina
HN
H3C
S
N
O
O
O
OH
Acido Olivanico
O
OH
R=H
R = SO3H
101
Antibiotici betabeta-lattamici 77
H3C
HO
H
H H
N
O
Tienamicina
S
COOH
NH2
H3C
HO
H
H H
N
O
Imipenem
S
HN
NH
COOH
• La Tienamicina possiede uno zolfo esociclico e il doppio legame
endociclico che rendono molto instabile la molecola.
• Inoltre, il gruppo amminico primario presente sulla catena in 3
agisce da nucleofilo sul β-lattame e per tale motivo è stato
preparato il derivato semisintetico formamidoil Tienamicina o
Imipenem.
• Entrambe le molecole penetrano facilmente nelle cellule
attraverso le porine e sono resistenti a molte β-lattamsi, pur
inattivandole.
• L’Imipenem è attivo alla dose di 4 µg/l sul 95 % dei batteri e a
8 µg/l sul 98%.
102
Antibiotici betabeta-lattamici 78
Sintesi della Tienamicina
Si
O
Si
O
O
O
NH
Si
O
Si
O
O
ZnCl2
HCl/MeOH
OR
O
OR
N2
O
NHN
2
O
R=
Azetidinone
NO2
OH
OH
OH
OH
RdOttanoato
Difenilclorofosfato
OR
O
O
HN
OR
N
N
O
O
OH
O
O
N
NHN
2
COOR
OH
NH2
H2/Pd
CisteaminaCBZ
COOR
OH
HN
NH
S
COOR
O
PhO O
P OPh
O
N
O
S
COOH
Tienamicina
S
N
Benzilformammidina
O
COOH
Imipenem
103
Antibiotici betabeta-lattamici 79
• Imipenem – non è attivo per via orale e non può essere
utilizzato nelle infezioni del tratto urinario a causa dell’enzima
deidropeptidasi-I (peptidasi specifica per deidropeptidi) che lo
metabolizza a derivato nefrotossicco.
• Per ovviare a questo si utilizza la Cilastatina che è un inibitore
di questo enzima che lo protegge dall’idrolisi e non danneggia
l’uomo (70 % escreto inalterato nelle urine).
• Pertanto, è stata sviluppata così l’associazione ImipenemCilastatina (1-1) che ha uno spettro d’azione più ampio.
• Viene usata negli adulti nei casi di gravi infezioni del tratto
gastrointestinale, delle ossa, della pelle e dell’endocardio.
NH2
HOOC
HN
S
O
COONa
Cilastatina
104
Antibiotici betabeta-lattamici 80
• La loro azione a livello delle β-lattamasi è dovuta alla catena
idrossietilica che viene coinvolta nell’interazione con l’enzima.
R
Glu-166 O
O
Ala-237
HN
H
O
H
N
H
O
O
H
Glu-166 O
S
HN
O
H
N
Ser-70
O
CH3
CH3
COOH
H3C
Ala-237
H
H
N
H H
O
SR
HN
O
O
COOH
H
N
Ser-70
• La mancanza della molecola d’acqua fa sì che la velocità di
idrolisi dell’acilenzima formatosi con il carbapenem sia circa
50.000 più lenta.
105
Antibiotici betabeta-lattamici 81
• I tentativi di migliorare l’attività dei β-lattami verso i ceppi
meticillino resistenti (MRSA) hanno portato a tre derivati
analoghi dell’Iimipenem già in uso.
• Meropenem 2-4 volte più attivo dell’Imipenem: in virtù del
metile in 4β
β risulta più stabile alle deidropeptidasi e non
necessita di associazione con Cilastatina.
• Panipenem
• Biapenem (commercializzato solo in Giappone).
• Questi derivati attualmente risultano poco attivi contro MRSA.
O
H3C
HO
H
NH
H H
N
O
CH3
N
CH3
S
N
NH
H3 C
HO
H
N
H H
S
N
O
COOH
N
H3C
HO
H
H H
S
N
O
N+
COO-
COOH
Meropenem
Panipenem
Biapenem
106
Antibiotici betabeta-lattamici 81
Il Derivato ME1036 è un nuovo carbapenem ad ampio spettro
attivo contro MDR Cocchi Gram-positivi ed in particolare
contro:
• Staphylococchi meticillino resistenti;
• Streptococcus Pneumoniae resistenti alle penicilline;
• Enterococcus faecalis Drug-Resistant.
Risulta superiore come potenza sia alla Vancomicina che al Linzolid
su modelli di endocardite da MRSA.
Composto P91022 è un potente antibatterico progettato con lo
scopo di incrementare la stabilità in vivo del carbapenem.
N
N
H3C
HO
H
S
H H
N
O
N+
O
ME1036
NH2
O
CH3
R
N
S
NH
SMP-601
S
COOH
S
O N
NH
P91022
COOH
107
Antibiotici betabeta-lattamici 82
Oxacefem
• Fanno parte delle Cefalosporine di 2a generazionee sono ottenute
per via sintetica.
• Tra questi ricordiamo:
• Moxolactam (anello diidro-ossazinico) che presenta un aumento
di attività rispetto ai derivati Solforati. (catena delle
carbossipenicilline, metossile delle Cefamicine e catena in 3 del
Cefoperazone)
• Flomexef
sodico
sostanza
che
reca
una
catena
difluorometiltioacetica che conferisce una maggior resistenza
alle β–lattamasi ed una maggiore attività sullo S. aureus sul
Bacteroides fragilis.
HO
O
F
H
N OMe O
HO
O
F
N
S
O
O
OH
H
N OMe O
S
O
N
N N
OH
N
S
O
N
O
ONa
N
N N
N
108
Antibiotici betabeta-lattamici 83
H2N
Cl
S
H2N
S
H2N
alcool
propargilico
N
N
O
O
O
O
H
N
O
O
S
O
O
N N
N N
S
N
O
H
N
O
S
O
O
R
H2N
O
N
S
O
O
O
R
N N
N N
O
O
N
N N
N
PCl5
MeOH
H2O
S
N
O
PPh3
N
N N
N N
O
R
O
O
N
N
S
O
N
N N
O
O
1) Zn AcOH
2) SOCl2 Py
3) PPh3
H2N
O
O
H
N
O
O
CrO3
H2SO4
O
R
O
O
O
R
O
N
O
O
R
N
N N
N N
S
O
O
H
N
O3
DCM
HO
H
N
NN
NN
O
O
O
Wittig
Base
-
N
O
R
O
R
O
O
O
N
O
R
O
O
N
5% Pd
CaCO3
O
O
H
N
O
H
N
N
O
m-CPBA
O
O
O
O
ZnCl2
O
R
O
H
N
O
S
O
O
OH
OXACEFEM
N
N N
N
109
Antibiotici betabeta-lattamici 84
Carbacefem
Lorocarbacef un analogo del Cefaclor totalmente
sintetico con anello tetraidropiridinico che presenta
una maggiore stabilità, una biodisponibilità migliore e
una vita media plasmatica più lunga.
• Dopo un dettagliato studio SAR, il gruppo di ricerca
della Lilly ha identificato, nel composto A, un
derivato attivo contro gli Stafilococchi resistenti alla
meticillina
F
F
NH2 H
N
O
O
N
N
O
H2N
Cl
H
N
N
S
N
O
N
O
O
OH
O
S
OH
S
A
110
Antibiotici betabeta-lattamici 85
Monobattami (Nocardicine)
• Dopo la scoperta delle Penicilline e delle Cefalosporine si pensava
che solo le strutture bicicliche contenenti un nucleo β–lattamico
avessero attività antibatterica.
• Nel 1976 ricercatori giapponesi scoprirono le Nocardicine (β
β–
lattami monociclici) aventi una indiscutibile attività.
• Sono tutti derivati dell’acido 2-(3-ammino-2-oxo-aztidin-1-il)2-fenilacetico.
•
La Nocardicina A stimolò l’interesse dei ricercatori verso la sua
catena laterale dato che essa reca un gruppo ossimico.
OH
N
H2N
COOH
N
O
H2N
HOOC
H
N
O
O
N
OH
O
HOOC
111
Monobattami
•
Antibiotici betabeta-lattamici 86
Sono derivati dell’acido 3-ammino-2-oxo-azetidinil-1-solfonico.
+
•
Sono dei sali interni (zwitterioni).
H3N
•
Il principale composto di questa classe è l’Aztreonam.
O
•
Esso presenta una specifica azione contro germi Gram (-) ed è
una valida alternativa ad antibiotici aminoglucosidici assai più
tossici.
•
La potenza antibatterica è stata aumentata
l’introduzione di varie modifiche strutturali:
N
SO3-
mediante
– Un gruppo solfammico che come e- attrattore aumenta la
capacità acilante del β-lattame;
– Il metile in 4 aumenta l’attività antibatterica e lo stabilizza
alle β-lattamasi
COOH
– La catena acilamminica in 3 è la più
comune tra le cefalosporine di 3a
generazione.
O
N
+
H3N
N
S
O
H
N
O
O
N
O
SO3-
NH2
112
Inibitori delle β-lattamasi
• Parallelamente alla ricerca di nuovi composti attivi sui batteri e
resistenti alle β-lattamasi si è pensato di studiare molecole in
grado di inibire l’attività di questi enzimi.
• Esistono diversi tipologie di β-lattamasi e precisamente:
– Quelle definite di classe I di Richmond e Sykes che sono
enzimi sotto controllo cromosomico;
– Quelle R-TEM che sono dovute a codificazione plasmidica
e a trasmissione tramite fattore R.
• Esse sono classificate in 4 classi:
• A peptidasi a serina tipiche dei
comprendenti le β-lattamasi I e III
Gram
(+)
e
Gram
• C e D peptidasi serinich largamente diffuse nei Gram (-);
• B sono zinco peptidasi comprendenti le β-lattamasi II.
113
(-)
Inibitori delle β-lattamasi 2
• Le β-lattamasi seriniche derivano direttamente dall’evoluzione
dalle transpettidasi batteriche.
• Presentano un sito catalittico analogo a quello della fase di
acilazione con la sola differenza che l’acilenzima derivante si
idrolizza a ripristinare la β-lattamasi attiva. H
N
H
N
+ En-OH
N
O
O
H
N
si
m
a
t
t
β-la
HN
O
En
T ra n
spept
O
HN
OH
+ En-OH
idasi
• Si era visto che le isossazolilpenicilline (Oxacillina, cloxacillina,
dicloxacillina e flucloxacillina) inibivano le β-lattamasi di classe I.
I d e a
• un inibizione di questo
dall’attacco enzimatico.
tipo
può
proteggere
l’antibiotico
114
Inibitori delle β-lattamasi 3
• Utilizzando questi inibitori in associazione con penicilline a largo
spettro sensibili alle β-lattamasi (ampcillina e amoxicillina) si
ottiene un effetto additivo verso i batteri sensibili ai singoli
antibiotici e effetto sinergico verso i Gram-neg resistenti a
causa delle β-lattamasi a controllo cromosomico (associazione
Amossicillina-Flucloxacillina).
• In modo analogo venne messo in evidenza che la Dicloxacillina,
inibendo la β-lattamsi presente nella membrana interiore della
parete batterica, agiva in modo sinergico riducendo la quantità
necessaria di ampicillina.
• La svolta in queste ricerche venne con la scoperta dell’acido
Clavulanico da Streptomyces clavuligerus da parte di Beechams
nel 1976.
115
Acido Clavulanico
• Possiede attività
interessante.
antibatterica
Inibitori delle β-lattamasi 3
debole
e
poco
• Caratteristica di questa molecola è la sua capacità
inibente verso un’ampia gamma di β-lattamasi
(soprattutto penicillasi) sia di Gram-pos che Gramneg.
• Risulta essere poco attivo verso le cefalosporinasi
– Ottima attività inibente verso le β-lattamasi
TEM-1 e TEM-2;
– Altrettanto buona l’attività
controllo plasmidico;
verso
quelle
a
• E’ un inibitore irreversibile e non competitivo e
pertanto è classificato come substrato suicida. 116
Inibitori delle β-lattamasi 4
Acido Clavulanico meccanismo d’azione
Importanza del doppio legame esociclico
117
Inibitori delle β-lattamasi 5
H
Acido Clavulanico
O
6
5
7
4
N
O
1
3
OH
2
H
COOH
• Anello β-lattamico fuso con anello ossazolidinico.
• Nessuna catena laterale acilaminica in 6 (perdita di
attività).
• Catena allilica in 2 (responsabile dell’attività) avente
configurazione Z (E meno attivo).
• Funzione alcolica non essenziale.
• Il doppio legame esociclico può essere sostituito con
un gruppo elettron-attrattore.
• Gruppo carbossilico (non essenziale all’attivtà).
• Configurazione R dei due centri chirali.
118
Inibitori delle β-lattamasi 6
Ac. Clavulanico e Sulbactam
• E’ utilizzato in associazione con Amoxicillina (Augmentin) perché
facilmente assorbibile oralmente con un comportamento cinetico
simile (raggiunge il sito d’azione contemporaneamente alla
penicillina).
H
O
N
O
H
COOH
OH
O
H O2
S CH3
H O2
S
N
N
CH3
COONa
Sulbactam
O
N
CH3
N N
COONa
Tazobactam
• Sulbactam: uitlizzato come sale sodico non possiede proprietà
superiori al Clavulanico.
• Non è assorbibile per via orale ma il suo Pivaloilossimetil estere
lo è.
• Interessanti sono due suoi profarmaci e precisamente
metilendiesteri con Ampicillina (Sultamicillina) e con Mecillina.
119
i
Inibitori delle β-lattamasi 7
R
H
S
N
O
CH3
CH3
COONa
R = Cl
R = Br
R=I
O
H
S
N
O
CH3
CH3
RO-151903
COONa
• Analoga inibizione delle β-lattamasi la si ottiene con gli acidi
6β
β-alopenicillanici.
• I derivati bromurato e iodurato sono più attivi.
• Il sale sodico dell’acido 6-acetilmetilenpenicillanico (RO151903) è risultato essere più attivo sia del Clavulanico che del
Sulbactam e ad ampio spettro verso enzimi cefalosporinasi e
penicillinasi.
• Agisce in modo sinergico con penicilline e cefalosporine ma viene
rapidamente danneggiato dal siero.
120
Inibitori delle β-lattamasi 8
OH
SA-2-13
O
H O2
S
N
O
COONa
N
H O2
S
O
CH3
COONa
N
O
O
O
CH3
OH
LN-1-255
COOH
SA-2-13: è stato progettato come inibitore delle β-lattamasi di
classe A sulla base della struttura del complesso del
tazobactam con la b-lattamasi E166A SHV-1.
• La trans-enammina che si forma è circa 10 volte più stabile di
quella del Tazobactam.
LN-1-255: un derivato 6-alchiliden solfonpenicillanico è un
potente inibitore delle β-lattamasi seriniche ed è in grado di
ridurre drasticamente le MICs sia di Cefpirome che di
ceftazidima nel trattamento di infezioni da Enterobatteri
altamente resistenti.
121
Inibitori delle β-lattamasi 9
O
H2N
N
NXL104
N
O
O
NaO3S
Rappresenta un nuovo composto non beta lattamico in grado di
inibire in modo irreversibile le b-lattamasi di classe sia A che
C.
Negli esperimenti con Entetrobatteri altamente resistenti è in
grado di ripristinare rapidamente l’azione della ceftazidima.
È entrato in fase clinica I nel 2007.
122
Antibiotici di seconda scelta
Glicopeptidi
• Sono prodotti da Streptomyces orientalis e se ne conoscono oltre
200
ma solo due sono entrati nell’uso clinico (Vancomicina e
Teicoplanina).
• Sono eptapetidi lineari che tramite due ponti eterei ed un legame
C-C formano tre anelli.
• dei 7 aminoacidi 5 sono aromatici idrossilati (2,4,5,6 e7)
a tutti.
•
Gruppi fenolici e benzilici presenti
sullo
scheletro
legano
unità
glucosidiche e aminoglucosidiche.
•
Le due funzione N- e C-Terminali
conferiscono alla molecola proprietà
anfotere.
•
Atomi di cloro possono essere legati
agli anelli aromatici degli aminoacidi
2, 5 e 6.
comuni
123
Vancomicina
Antibiotici di seconda scelta 2
• La Vancomicina (Vanco®, Farmaciclin®, Levovanox®, Capovan®)
(Nocardia Orientalis) è attiva contro patogeni Gram-(+).
• È scarsamente assorbita per via orale e per tale via viene usata
contro il Clostridium difficilis allorché la vita del paziente è a
rischio.
• È in commercio come miscela di sostanze il cui principale
costituente è la Vancomicina B.
• Le reazioni tossiche alla Vancomicina sono a carico dell’udito e
dei reni.
• E’ un farmaco d’elezione nel trattamento delle infezioni da
stafilococchi meticillino-resistenti e da enterococchi; è
utilizzata inoltre in casi di allergie alle penicilline.
• La variazione di lipofilia degli aminoacidi aromatici determina le
differenze di farmacocinetica e di attività microbiologica.
• Il loro meccanismo d’azione, diverso da quello dei betalattamici, si basa sull’inibizione della biosintesi della parete
batterica.
124
Antibiotici di seconda scelta 3
• Essa si lega ad una fenditura altamente affine a residui acetilD-Ala-D-Ala e peptidi simili.
• Si formano legami idrogeno ben definiti con la D-Ala-D-Ala
terminale del precursore del peptidoglicano inibendo la
formazione del legame crociato tra catene di peptidoglicano.
Recentemente sono comparsi
ceppi resistenti.
Apovaricina in agricoltura
D-Ala-DAla
D-Ala-D-Lattato
(depsipetide)
125
Antibiotici di seconda scelta 4
126
Antibiotici di seconda scelta 5
Teicoplanina (Targosid®)
È una miscela di cinque prodotti correlati alla vancomicina della
quale sono più liposolubili.
I residui fenolici di tirosina e p-idrossifenilglicina formano 4 anelli.
Legame fortemente alle proteine plasmatiche (>90%) pertanto può
essere somministrata una sola volta al giorno per via intramuscolo o
endovena.
• Ha una emivita 45-60 ore
e viene escreta inalterata
nelle urine.
• È molto meno irritante
della vancomicina quando
iniettata.
127
Antibiotici di seconda scelta 6
Dalbavancina
La Dalbavancina si è rivelata il più potente
tra molti agenti testati contro 146 ceppi di
Stafilococchi.
Mostra inoltre, un’ efficacia ed una
sicurezza statisticamente rilevanti rispetto
alla
terapia
con
Vancomicina
nel
trattamento della setticemia da patogeni
Gram-positivi catetere-correlata .
la Televancina si è rivelata più potente della
vancomicina o della teicoplanina rispetto a
tutti i ceppi.
Oritavancina
128
Televancina
Antibiotici di seconda scelta 7
Alla catena laterale della Oritavancina è stata imputata la capacità
di dimerizzare a livello di membrana, abilitandola a legare entrambi
i dipeptidi terminali e i depsipeptidi dei ceppi suscettibili e
resistenti alla vancomicina.
L’Oritavancina è risultata efficace e dotata di attività sinergica
con il ceftriaxone nel caso di meningite pneumococcica indotta nel
coniglio.
Farmaco
Emivita
Plasmatica
Vancomicina
4-6 ore
Teicoplanina
3-7 giorni
Dalbavancina
9-12 giorni
1g al giorno e 0,5 g dopo 7 giorni]
Oritavancina
> 10 giorni
1,5-3 mg/kg giornalieri per 3-7 giornii
Televancina
7-9 ore
Terapia consigliata
1g ogni 12 ore per 7-10 giorni
12 mg/kg il primo giorno seguiti da 6
mg/kg/giorno
7,5-15 mg/kg giornalieri per 7 giorni
129
Antibiotici di seconda scelta 8
Antibiotici polipeptidici
• I peptidi dotati di importanti proprietà fisiologiche sono di
norma lineari.
• Numerose specie batteriche producono tuttavia miscele di
peptidi ciclici dotati di proprietà antibiotiche.
• Spesso tra gli amminoacidi che li compongono vi sono composti
non comuni o a chiralità opposta. Ne consegue che essi vengono
difficilmente metabolizzati.
• Sono farmaci molto letali per i batteri suscettibili purtroppo lo
sono anche per l’uomo.
Meccanismo d’azione
• Aderiscono alla parete batterica modificandone la permeabilità
causando l’uscita di metaboliti essenziali e l’ingresso di sostanze
indesiderate.
• Raramente è stata osservata resistenza.
130
Antibiotici di seconda scelta 9
Bacitracina A
• La Bacitracina è una miscela di peptidi,
simili
fra
loro,
prodotta
per
fermentazione del Bacillus subtilis e tra
i quali domina la A.
• Attiva contro Gram-(+) e viene usata
contro Stafilococchi resistenti ad altri
antibiotici.
O
D-Glu
L-Leu
CH3
S
N
CH3
NH2
L-Ileu
Bacitracina A
L-Lys
D-Aspn
L-Orn
L-Asp
L-His
D-Ileu
D-Phe
•
Per via orale viene usata contro la diarrea enteropatogenica e
per la sanitarizzazione pre-operatoria dell’intestino.
•
La sua attività è a livello della sintesi del peptidoglicano e delle
funzioni della membrana e viene esaltata dalla presenza di ioni
Zn++.
•
Sembrerebbe inibire la defosforilazione del carrier fosfolipidico.
•
Deve essere usata con prudenza a causa della sua neuro e
nefrotossicità.
131
Antibiotici di seconda scelta 10
Polimixina B
•
•
•
O
Prodotta
da
bacillus
Polymyxia
assieme ad altri peptidi ciclici da cui
viene separata.
Attiva
prevalentemente
Gram-(-).
Thr
DAB
Polimixina B
DAB = 2,4-Diaminobutirrico
contro
Sembra legarsi a gruppi fosfato
presenti
sulla
membrana
citoplasmatica
batterica
distruggendone l’integrità.
DAB
DAB
DAB
Thr
DAB
DAB
L-Phe
Leu
• Usata intramuscolo o endovena per il trattamento di gravi
infezioni dell’apparato urinario, meningite e setticemia.
• Per via orale viene utilizzata per diarree enteropatogeniche da E.
coli e da varie specie di Shigella.
• Viene usata per irrigazioni vescicali onde evitare infezioni dovute
a cateterismo permanente.
132
Antibiotici di seconda scelta 11
O
Thr
DAB
DAB
Colistina A
DAB = 2,4-Diaminobutirrico
DAB
DAB
Thr
DAB
DAB
Leu
Leu
H2N
N
H
Capreomicina 1A
NH2
NH
HH
N
H
N
O
NH2 O
H
N
NH2
O
N
O
L
O
L
NH
NH
O
L
L
OH
N
H
NH2
O
• La Colistina A è prodotta dalla varietà colistinus del Bacillus
Polymyxa.
• L’azione su Gram-(-) è dovuta alla distruzione dell’integrità della
membrana citoplasmatica. Usata in gravi infezioni perché neuro e
nefrotossica.
• Le Capreomicine (1A e 1B) sono prodotte da Steptomyces
capreolus e sono batteriostatiche su diversi micobatteri (M.
tubercolosis, M. bvis, M. kansasii e M. avium).
• Non se ne conosce il meccanismo d’azione e la resistenza si può
sviluppare anche durante l’uso.
133
• Anche loro sono oto e nefrotossiche.