Virus e farmaci antivirali I Virus non sono organismi cellulari, hanno dimensioni nettamente inferiori (20-400 nm) a quelle dei batteri e sono in grado di infettare tutte le cellule viventi. Essendo privi di enzimi coinvolti nel metabolismo energetico e di sistemi di sintesi proteica, essi sono dei parassiti che si moltiplicano a spese del sistema metabolico della cellula ospite. Possono iniziare il loro ciclo infettivo subito dopo l’attacco oppure rimanere per lunghi periodi in stato latente nei siti intra-cellulari dell’ospite fino a che un evento esterno ne scateni la riproduzione. Le principali vie di trasmissione dell’infezione nell’uomo sono il tratto respiratorio, quello gastrointestinale e genito-urinario, la pelle, il sangue, l’urina e la placenta. I VIRUS 2 La sopravvivenza dell’ospite dipende: dalle sue difese immunitarie (produzione da parte del midollo osseo di linfociti B e di linfociti T prodotti dal timo) dalla gravità del tipo di infezione. Successivamente vi è una risposta immunitaria specifica ai danni prodotti dovuta ad anticorpi umorali locali (cellule B) (secrezione di IgA). L’avvenuta infezione si manifesta principalmente: con disturbi respiratori acuti quali riniti, faringiti, laringiti ecc... (adenovirus, influenza, picornavirus….); a livello centrale si possono avere poliomelite, rabbia, meningoencefalite, parotite, morbillo…. possiamo avere anche epatite, AIDS … I VIRUS 3 La struttura dei virus è costituita da un core di acido nucleico, DNA o RNA, (non esiste virus con DNA e RNA) che costituisce il materiale genetico. Il tipo di acido nucleico è alla base della loro classificazione. Questo core è circondato da un involucro proteico chiamato capside e l’insieme viene definito nucleocapside che permette, in base alle caratteristiche strutturali, di classificare i virus in due gruppi: struttura generalmente elicoidale; con simmetria icoesaedrica (20 fecce). Il nucleocapside può a sua volta essere coperto da un struttura proteica definita “envelope” composta da glicoproteine che sono importanti antigeni virali. I VIRUS 4 Questo Envelope determina la forma di ciascun virus: sfere, bastoncelli, filamenti, pallottole, triangoli, rettangoli e tubi allungati. Tutta la parte virale viene definita Virione. I VIRUS 5 La parte proteica del nucleocapside e l’envelope (ove esista) giocano un ruolo fondamentale durante la prima fase dell’infezione. I siti attivi ivi presenti si attaccano a recettori specifici presenti sulla cellula ospite in funzione del tipo di proteina che avvolge il virione. La penetrazione all’interno della cellula può avvenire: Mediante fusione della membrana virale con la membrana cellulare Mediante endocitosi e rilascio del virus dalle vescicole interne. I VIRUS 6 La replicazione del virus dipende totalmente dalla cellula ospite della quale vengono sfruttati i sistemi enzimatici. Virus a DNA Virus a RNA Inizialmente si ha un trasferimento del DNA e di un minimo numero di proteine dal capside al nucleo della cellula che va così a integrarsi con il DNA dell’ospite del quale sfrutta i sistemi enzimatici. Il DNA, diventato parte integrante del materiale genetico dell’ospite, può rimanere latente per anni oppure duplicarsi subito dando origine ad una progenie di DNA virale. I VIRUS 7 Inizia così dal DNA virale la trascrizione del mRNA precoce e tardivo produzione di proteine virali da parte degli enzimi sia del virus che dell’ospite. Nel caso di virus oncogeni a DNA, queste proteine virali possono agire sulle cellule ospite modificandone la normale funzionalità o i caratteri morfologici generando così cellule anormali o cancerose. Tra le varie proteine vengono sintetizzate strutturali del capside e dell’envelope del virus. anche quelle Il DNA virale assieme alle nuove proteine strutturali va a formare Virioni progenie che posseggono sia il genoma che il rivestimento proteico e che pertanto possono uscire dalla cellula ed infettarne altre. I VIRUS 7 Amantadina Interferone Idossuridina, AraC Rifampina Metisazone I VIRUS 9 Virus a RNA (oncogeni) Nel 1970 venne isolato da virus a RNA un enzima noto come transcriptasi inversa in grado di rovesciare il normale flusso delle informazioni nella cellula. DNA RNA Il DNA si forma in base ad uno stampo di RNA (RNA Template). Quando un virus oncogeno a RNA invade una cellula, la transcriptasi inversa forma DNA virale sulla base del RNA Template. Si forma così una doppia elica (RNA/DNA) nella quale una catena è costituita da RNA cromosomico virale che successivamente viene rimosso da un enzima dando luogo ad una catena singola di DNA. I VIRUS 10 Gli enzimi della cellula ospite completano la sequenza replicando la catena ed ottenendo il DNA virale (provirus) che si integra nei cromosomi dell’ospite. Il Provirus viene trasmesso alle cellule figlie assieme a tutti gli altri geni. Inizia così la trascrizione in mRNA virale che sintetizza, tramite i sistemi enzimatici dell’ospite, le proteine strutturali che gli consentono di costruirsi capside ed envelope e successivamente di uscire ed infettare altre cellule I VIRUS 11 Virus a RNA (infettivi) I virus a RNA infettivi si replicano nel citoplasma utilizzando le RNA polimerasi. RNA infettante può agire: autonomamente rispetto al mRNA (poliomelite); da stampo morbillo……). per un RNA complementare (influenza, Il processo continua come per gli altri virus oncogeni. I virioni così formatisi possono infettare le cellule vicine oppure essere trasportati, dal sistema linfatico o da quello sanguigno, in altri siti dove si ripete la replicazione. I VIRUS 12 Virus a DNA Herpes virus, Parvovirus Virus dell’epatite, Adenovirus, Poxvirus, HSV (Herpes simplex virus) È il più diffuso sia come numero di specie infette sia come percentuale di popolazione affetta. Se ne conoscono circa 100 specie delle quali 8 sono attive sull’uomo. Si stima che il 50-90% della popolazione adulta ne sia stata infettata almeno una volta. Importanza di sapere che nel ciclo vitale di questo virus vi è un periodo di latenza. I VIRUS 13 HSV passa la maggior parte del tempo in questo stato funzionale dormiente che ha sviluppato al fine di eludere il sistema immunitario dell’ospite. Pertanto è il più diffuso nei soggetti con sistema immunitario compromesso. Possiede un envelope con numerose glicoproteine sulla superficie che codificano un inusuale grande numero di enzimi coinvolti nella replicazione del DNA virale. Il virus è un grado di infettare numerosi tipi di cellule attraverso differenti meccanismi di penetrazione che vedono coinvolte numerose proteine. La sintesi del DNA è condotta da un sistema enzimatico virale in modo del tutto analogo a quello della cellula ospite. La polimerasi e gli altri enzimi coinvolti possiedono pressoché funzioni identiche. I VIRUS 14 Fortunatamente la differenza strutturale delle proteine è tale da consentire di ottenere farmaci in grado di essere selettivi. Si distinguono in tre classi a, b e g. I virus a Quelli che infettano l’uomo sono HSV-1 e HSV-2, varicella zoster (VZV) tutti caratterizzati da un ciclo riproduttivo rapido e da una altrettanto veloce espansione nelle colture cellulari. Sono tutti in grado di diffondere nei linfonodi regionali e di instaurarsi allo stato latente nei gangli sensoriali. L’infezione primaria da HSV-1 ha luogo su una lesione a livello delle mucose o della cute attorno alla bocca o al naso. I raggi UV, uno stress o altri fattori riattivano il virus che riprende a moltiplicarsi e a diffondere lungo le terminazioni nervose fino ad una zona cutanea dove dà luogo alla manifestazione ricorrente della malattia erpetica. I VIRUS 15 HSV-2 è responsabile delle infezioni a livello genitale. VZV è responsabile della varicella (infezione iniziale) e del fuoco di Sant’Antonio in seguito a successiva riattivazione. Si stima che oltre il 95% della popolazione ne sia infetta. Tale percentuale calerà come conseguenza dell’introduzione del vaccino. I virus b Si replicano molto più lentamente e rappresentano le classiche infezioni opportunistiche in pazienti affetti da immunodeficienza. Comprendono il Cytomegalovirus (HCMV) la cui sede di infezione primaria è l’epitelio delle mucose. I virus g Hanno sviluppato due differenti modi di replicazione del DNA uno per la produzione di virioni (ciclo litico) e l’altro per mantenere presente il DNA virale nelle cellule durante il periodo di latenza. I VIRUS 16 Adenovirus Sono numerosi ed infettano la maggior parte delle persone giovani causando infezioni latenti nelle tonsille, nelle adenoidi ed in altri tessuti linfatici. Questi virus non lisano la cellula infetta e la loro diffusione è controllata da anticorpi dell’ospite. Non posseggono envelope ed il loro genoma è un DNA a doppia elica recante all’estremità terminale una piccola proteina necessaria per la replicazione del DNA virale. L’ingresso del DNA nel nucleo è seguito dalla sintesi di mRNA precoce necessario per la sintesi del DNA virale e soprattutto per portare la cellula alla fase S. È stato evidenziato che l’adenovirus umano causa tumori maligni nei topi e ciò ha spronato la ricerca, per ora negativa, di eventuali adenovirus nei tumori umani. I VIRUS 17 Parvivirus Comprende numerosi virus animali ed uno umano (B19). Sono i virus più piccoli (20-40 nm) non posseggono envelope e il capside è composto da due o tre proteine. Dipendono quindi completamente dalla cellula ospite e non sono in grado, contrariamente agli altri, di costringere la cellula ospite ad entrare in replicazione (fase S). Possono causare uno sviluppo fetale abnorme e malformazioni nei tessuti in crescita. I VIRUS 18 Poxivirus Sono gli unici, tra i DNA-virus umani, che si riproducono completamente nel citoplasma dell’ospite. Il loro genoma codifica sia i sistemi necessari per la transcrizione e la replicazione dei geni virali sia i complessi schemi necessari per la regolazione dei vari processi. Posseggono più punti bersaglio per eventuali farmaci. Il virus del Vaiolo è il più importante per le spaventose epidemie di cui è stato responsabile in passato. In virtù del fatto che è specie specifica e grazie alla vaccinazione è pressocchè scomparso. Essendo state interrotte le vaccinazioni, oggi ritorna un potenziale pericolo in conseguenza di una possibile guerra biologica. I VIRUS 19 Virus dell’epatite La malattia non è tanto dovuta all’azione del virus quanto al danno epatico risultante dalla risposta immunitaria al virus. Nell’uomo causano patologie che vanno da un’infezione non apparente fino all’ittero grave con distruzione del parenchima epatico fino alla morte. Esistono tre tipi di virus A, B, C, D ed E. Virus A (HAV) È un RNA-Picornavirus che causa il 20-25% delle epatiti sintomatiche. La trasmissione si ha per via oro-fecale con un periodo di incubazione di 15-50 giorni. Il contagio avviene per contatto diretto da persona a persona o attraverso il consumo di acqua o cibi contaminati. I VIRUS 20 Il virus si moltiplica a livello gastro-intestinale ed è presente nelle feci da 7 a 10 giorni prima che si manifestino i sintomi. Nel sangue rimane presente solo per pochi giorni. I pazienti sviluppano un’immunità duratura con formazione di IgG ed anti HAV. È diffusa in tutto il mondo sia in forma sporadica che epidemica. È presente soprattutto nei paesi in via di sviluppo a causa delle scarse condizioni igieniche. Sovente la popolazione adulta è immune in quanto infettati da piccoli. Per la sua prevenzione esistono due vaccini che forniscono protezione dall’infezione già dopo 14-21 giorni. I VIRUS 21 Virus B (HBV) Appartiene alla famiglia degli Epadnavirus e se ne conoscono 6 fenotipi diversi. Contiene DNA polimerasi. a doppia e mono-elica con associata una Periodo di incubazione: da 45 a 180 giorni (solitamente 60-90). Le proteine codificate dal virus sono un importante strumento per il monitoraggio della malattia. HBV sintetizza quattro differenti gruppi di proteine attraverso una polimerasi che è sia DNA che RNA dipendente. Tra queste,ricordiamo: o L’antigene di superficie (HBsAg); o L’antigene del core interno (HBcAg); o L’antigene e (HBeAg). Alti livelli di questa proteina indicano un elevata replicazione del virus. Ad avvenuta risposta immunitaria dell’organismo HBeAg scompare dal siero mentre compaiono i relativi anticorpi. I VIRUS 22 Altro indicatore dello stato dell’infezione è la presenza nel siero di enzimi epatici e soprattutto di alanina transferasi (ALT) che evidenzia il grado di necrosi delle cellule epatiche L’infezione si contrae prevalentemente per via parenterale, ma anche per via interumana (sessuale). La trasmissione per trasfusione nei paesi industrializzati è praticamente nulla. Il trattamento approvato per HBV è la stimolazione della risposta immunitaria dovuta all’interferone–α α (INF-α α). È disponibile anche il vaccino per HBV che fornisce immunità di lunga durata. la vaccinazione è obbligatoria adolescenti di 12 anni. per tutti i neonati e gli I VIRUS 23 Virus delta (D). È un piccolo RNA-virus difettivo noto come HDV Esso è considerato un virus satellite o subvirone e necessita la presenza di un altro virus per potersi replicare. In particolare, per infettare le cellule necessita di HBsAg e pertanto colpisce solo i soggetti colpiti da HBV. L’infezione si può manifestare in due modi: o Infezione contemporanea di B e D e si manifesta come sola infezione B; o Sovrainfezione in portatore cronico di HBV – in questo caso l’infezione è acuta e può essere letale (25-50% delle epatiti fulminanti ipotizzate di tipo B sono causate da HDV). Se ne conoscono 3 fenotipi: I il più diffuso; II presente in Giappone e Taiwan; III solo in Amazzonia. I VIRUS 24 Virus C. Agente infettivo è l’Epacavirus (HCV) facente parte della famiglia dei Flavivirus. Se ne conoscono 6 diversi genotipi e circa 90 sub-tipi. L’infezione acuta da HCV e assai spesso asintomatica ed anitterica e si manifesta con dolori muscolari, nausea, vomito, febbre, dolori addominali ed ittero. Circa 85% dei casi di infezione acuta si cronicizza. Circa il 20% dei pazienti affetti da epatite C cronica possono sviluppare nel corso di 10-20 anni una cirrosi che può evolvere in epatocarcinoma. La trasmissione avviene per via parenterale (controllo delle donazioni). La trasmissione verticale (madre-figlio) è abbastanza rara 5% dei casi. I VIRUS 25 Virus E. Malattia infettiva acuta dovuta a virus a RNA della famiglia Calicivirus. Si trasmette per via oro-fecale. Il periodo di incubazione va da15 a 60 giorni. È una malattia all’epatite A. acuta assai spesso itterica molto simile Non cronicizza mai. Presenta alta frequenza di forme cliniche fulminanti (1-12%) in particolare in donne gravide (40%) È presente in tutto il mondo e soprattutto nei paesi dove scarseggiano le norme igieniche e sanitarie. I VIRUS 26 FARMACI ANTIVIRALI I vaccini rappresentano la profilassi antivirale d’elezione contro i virus. Infatti, la chemioterapia antivirale consente solo risultati modesti a causa delle caratteristiche biologiche dei virus. Il problema maggiore è dovuto al parassitismo intracellulare dei virioni che crea una certa dipendenza tra cella ospite e virus. Bisognerebbe ottenere una tossicità altamente selettiva verso enzimi virali specifici cosiddetti virus-indotti es: La neuraminidasi (virus dell’influenza); La RNA polimerasi-RNA dipendente (poliovirus, rinovirus e morbillo); La DNA polimerasi-DNA dipendente, nucleosidofosfatochinasi, la nucleosidotrifosfatasi etc. la I VIRUS 27 Le varie tappe sequenziali di replicazione degli stessi virioni rappresentano i punti di attacco dei vari farmaci. a) Prima che penetri nella cellula il virione può essere inattivato dai vaccini o dagli anticorpi; b) Durante la fase di adsorbimento e di penetrazione nella cellula nessun farmaco importante risulta attivo; c) Alcuni farmaci (adamantina) agiscono nella fase di rimozione del mantello proteico o svestizione; d) La maggior parte degli antivirali (aciclovir, interferone etc) agisce sulla fase replicativa; e) Pochi farmaci agiscono a livello della fase di maturazione o assemblaggio degli acidi nucleici; f) Nessun antivirale è in grado di agire nella fase di fuoriuscita o germianzione. vidarabina, I VIRUS 28 La caratteristica dei farmaci antivirali che vedremo è la limitatezza del loro spettro d’azione. Non vengono usati ampiamente come gli antibiotici a causa della loro tossicità. Agenti coinvolti nell’inibizione dei primi stadi della replicazione virale. Aminoadamantani e composti correlati Amantadina HCl – Mantadan® è un’amina triciclica simmetrica che non inattiva il virus ma impedisce: NH2 o alle particelle virali di penetrare nella cellula ospite; o l’eliminazione del rivestimento del genoma e quindi il trasferimento del DNA nella cellula ospite; o Se somministrata nelle prime 48 ore è molto efficace nelle malattie del tratto respiratorio dovute ad influenza. I VIRUS 29 Generalmente non si osservano fenomeni di neurotossicità. Come effetti collaterali presenta depressione, ipotensione ortostatica, psicosi, ritenzione urinaria e collasso cardiaco congestizio. La sostituzione del gruppo amminico con un tiolo, un ossidrile, un alogeno o un gruppo ciano comporta perdita di attvività Per contro, gli N-alchil e N,N-dialchil derivati sono attivi. Rimantadina: più attiva e dotata di minori effetti collaterali. Tromantadina è molto attiva contro il virus erpetico. Agisce in tutti i processi in cui sono coinvolte le membrane (adsorbimento,penetrazione e rilascio). Nella fase tardiva sembra bloccare l’attività di una glicoproteina responsabile del montaggio del materiale virale sintetizzato nella cellula ospite. O H3C NH2 HN O CH3 N CH3 I VIRUS 30 Il sistema triciclico non è essenziale per l’effetto antivirale come mostrato dall’attività posseduta dalla Bicicloottilamina e dall’Ottilamina. Farmaci che influenzano la trasduzione a livello di ribosomi TIOSEMICARBAZONI La loro azione sembra correlata alla loro capacità di formare composti di coordinazione con ioni metallici quali Cu, Zn, Co, Ni e Mn. Il Metisazone è il principale composto di questa classe ed il suo complesso con Cu++ interagisce con gli acidi nucleici interferendo nella traduzione dei messaggi dell’RNA in sintesi proteica nei ribosomi. NH2 NH2 S N Bicicloottilamina Ottilamina Metisazone N O N H NH2 I VIRUS 31 RNA che si forma è più corto e di conseguenza produce un blocco della sintesi di alcune proteine del capside del virus. Sebbene aumenti la quantità di DNA virale e le cellule vengano danneggiate non viene prodotto altro virus infettivo. Attivo contro poxvirus, vaiolo umano e bovino, rinovirus e virus dell’influenza. Il tiosemicarbazone della 2-acetilpiridina (BW A723U) inattiva la ribonucleotidoriduttasi dell’Erpes simplex-1 e serve a potenziare l’attività dell’Aciclovir. Il suo nor-derivato possiede attività antitumorale. Il gruppo l’attività. tiosemicarbazonico risulta fondamentale S N N CH3 N H S NH2 BW A723U N N N H NH2 Nor derivato per I VIRUS 32 FOSFONATI Sono fosfono-derivati dell’acido acetico e formico. Il PAA (Acido fosfonoacetico) ed il PFA (acido fosfonoformico) sono attivi contro diversi tipi di virus dei quali inibiscono la sintesi del DNA. Sono inibitori specifici della DNA-polimerasi dell’herpes virus e del Citomegalovirus con una maggiore selettività (10-100) rispetto a quella della cellula. Essi interagiscono con l’enzima e non con il DNA. Agiscono da analoghi del pirofosfato al sito d’azione dei nucleotidi trifosfati con le polimerasi. Il PFA viene somministrato incapsulato nei liposomi migliorarne la capacità di attraversare le membrane. OH HO P COOH O (PFA) OH HO P CH2COOH O (PAA) per I VIRUS 33 Farmaci immunostimolatori: Interferoni La scarsa tossicità selettiva degli antivirali Approfondimento dei meccanismi immunologici in grado di contrastare l’aggressione virale Spinsero alla ricerca di farmaci in grado di potenziare le difese dell’organismo Venne scoperto nel 1957 dall’osservazione che una cellula infettata da un virus si difende da altre infezioni virali. Venne isolata così una proteina antivirale, chiamata interferone, che rappresenta la prima risposta cellulare all’infezione. Inibisce la crescita dei virus e la moltiplicazione delle cellule. I VIRUS 34 Ben presto venne messo in evidenza che esistono diversi tipi di interferone non solo tra specie e specie, ma anche tra i vari tessuti. Gli interferoni consistono di una miscela di piccole proteine (Glicoproteine - 20-160 KD) che mostrano attività antivirale specifica a seconda delle specie. Essi esplicano anche azioni diverse quali: a. Inibizione della crescita cellulare; b. Alterazione della membrana cellulare e del citoscheletro; c. Modulazione dei meccanismi immunitari; d. Stimolazione delle “natural killer cells”. La loro produzione è indotta non solo da virus ma anche da RNA a doppia elica, da endotossine e da induttori. La loro attività antivirale si esplica ad ampio spettro sia verso DNA e RNA virus. I VIRUS 35 Gli interferoni vengono classificati in origine. base alle cellule di Interferone leucocitario o α (IFN-α α) Interferone fibrobalstico o β (IFN-β β) Interferone linfocitario o γ (IFN- γ) IFN-α α è eterogeneo e ne sono state evidenziate 14 specie (15-21 KD) tutte con similitudine nella composizione aminoacidica. Esso è sprovvisto di carboidrati. Anche dello IFN-β β è nota la composizione aminoacidica e possiede una attività dello stesso ordine del precedente. La loro produzione su larga scala è stata fortemente incrementata con le tecniche del DNA ricombinante. Da leucociti umani sono stati isolati due ricombinanti: il plasmide 104 (codificante per α) e il Plasmide 101 (codificante per β). Inseriti nel DNA dell E. coli producono I VIRUS 36 Il plasmide 104 inserito nel DNA dell E. coli induce la produzione di interferone identico a quello leucocitario umano. L’interferone agisce con un recettore presente sulla superficie cellulare che è comune per α e β ma diverso per γ. Tale interazione comporta: a. cambiamenti strutturali a livello dei lipidi della membrana cellulare; b. vengono alterate le varie catene metaboliche; c. Inibizione della sintesi proteica; d. Degradazione del RNA. Tutte questi cambiamenti inibiscono comunque la fuoriuscita del virus dalla cellula. I VIRUS 37 L’interferone agisce solo a livello locale dove viene rilasciato in seguito ad infezione virale. IFN-β β è usato per via intranasale per prevenire l’infezione da rinovirus (raffreddore). Vengono usati contro la cheratite erpetica, l’Herpes genitali, l’herpes zoster, la varicella zoster, l’epatite B cronica e le influenze. Il maggior problema che si riscontrava nella sua preparazione era legato alla possibilità di averlo puro. Ma, le tecniche di DNA ricombinanti utilizzanti anticorpi monoclonali specifici hanno permesso la produzione dell’interferone α ad elevata purezza (circa 99%). L’attività biologica specifica viene espressa dal numero di UI per mg di sostanze. I VIRUS 38 Interferon-induttori Tra le varie ipotesi per una terapia antivirale vi è anche quella dell’uso di sostanze in grado di indurre il rilascio dell’interferone. Il Tilorone si è rivelato un buon induttore di interferone nel topo ma non altrettanto nell’uomo (è specie specifico). Il suo meccanismo d’azione è connesso con il cambiamento delle proprietà chimico-fisiche del DNA. La sua molecola planare si intercala con le spire della doppia elica producendo una modificazione del DNA. Il DNA modificato stimola la produzione dell’interferone. Le due catene laterali basiche sono fondamentali per l’attività antivirale. O O N O N I VIRUS 39 Metisoprinolo - Viruxan® (imunovir; inosiplex; isoprinosin) Farmaco antivirale, che limita la replicazione virale interferendo a livello poliribosomale. In vitro l'azione antivirale avviene a concentrazioni molto alte, difficilmente ottenibili in vivo. Il farmaco ha azione immunomodulante, stimola la proliferazione e la funzionalità dei linfociti T e B, dei macrofagi e dei polimorfonucleati. La sua efficacia consiste principalmente in un potenziamento della risposta immune, soprattutto negli immunodepressi. Le indicazioni del metisoprinolo comprendono le infezioni sostenute da herpes simplex virus, varicella-zoster virus, virus influenzali e rhinovirus O N N H2N N N H HO COOH H3C O H3C H3C OH N 3 HN OHOH O 3 I VIRUS 40 Antimetaboliti. Noto il meccanismo di riproduzione del virus (parassita obbligato) si è pensato di usare farmaci in grado di inibire i processi metabolici cellulari della cellula ospite. Alla ricerca di questi antimetaboliti sono stati sintetizzati molti composti (nucleosidi) analoghi delle pirimidine e delle purine. Le forme letali di questi composti sono i nucleotidi corrispondenti ai nucleosidi somministrati che possono: a. agire inibendo la conversione da nucleoside a nucleotide che avviene ad opera di fosforilasi (chinasi) le quali agiscono in presenza di ATP. b. Essere convertiti nel trifosfato che inibisce la DNApolimerasi. I VIRUS 41 Questi farmaci vengono classificati in: nucleosidi e nucleotidi pirimidinici; nucleosidi e nucleotidi purinici; Nucleosidi azolici e composti correlati; Nucleosidi carbociclici. Derivati pirimidinici Rappresentano le variazioni apportate ai nucleosidi pirimidinici fisioligici sia a livello di porzione zucherina sia alla porzione pirimidinica. Idoxuridina (IdU) È un nucleoside strutturalmente correlato alla Timidina in cui l’anello pirimidinico è alogenato (è un suo isostero). O O CH3 HN Timidina O HO O OH N I HN O HO O OH N Idossuridina I VIRUS 42 Dopo trifosforilazione si sostituisce nella incorporazione nel DNA virale e animale. Inibisce la DNA polimerasi cellulare in misura minore rispetto a quella dell’Herpes simplex. Al momento della trascrizione le le proteine virali risultano errate e le particelle virali sono difettose. Si usa una soluzione di idossuridina al 40% in DMSO che risulta più attiva del singolo farmaco. Gli analoghi 5-Br (BdU), 5-F (FdU) e 5-Trifluorometil (F3TdU) sono tutti attivi come antivirali. Infatti il raggio di Van der Waal del metile corrispondente a 2.00 Å è confrontabile con quello del Br e dello I (1,95 e 2,15 Å) O O Br HN O N HO O OH 5-Bromo 2desossiuridina F HN O O N HO CF3 HN O N HO O OH 5-Fluoro- 2desossiuridina O OH 5-Trifluorometil- 2desossiuridina I VIRUS 43 La idoxuridina può dar luogo a resistenze ed al suo posto si preferisce utilizzare il suo isostero Trifluridina. Trifluridina È meno tossica in quanto si incorpora preferenzalmente nel DNA virale che in quello delle cellule non infettate. In vitro è un inibitore specifico della replicazione del HSV-1. Incorporato nel DNA virale al posto della Timidina provoca un’interruzione nella formazione del mRNA tardivo e di conseguenza della sintesi delle proteine del virione. È in commercio sotto forma di soluzione oftalmica all’1% per il trattamento di ulcere dendritiche. Se somministrata per via endovenosa ha una emivita di 18 minuti e viene escreta non modificata attraverso le urine. I VIRUS 44 Utilizzando i 5-alogeno derivati della citidina si è riesciti ad ottenere una maggiore citotossicità selettiva verso i virus. 5-Bromo 2desossicitidina Br N O HO O OH N O NH2 NH2 5-Iodo- 2N desossicitidina O N HO O OH I (AIdU) I HN O N H2N O OH La Idoxicitidina (IdC) risulta essere attiva contro infezioni da virus vaccino, da Herpes zooster. Essa inibisce selettivamente la repllicazione virale grazie ad una nucleosidochinasi virus-indotta che attiva la IdC nelle cellule infette e non in quelle sane. Analoga citotossicità è stata riscontrata nei 5’-amino-5alogeno derivati dell’Uracile il cui derivato fosforilato viene incorporato nel DNA virale che delle cellule infette dove è presente una Timidinochinasi virus-indotta I VIRUS 45 La sostituzione a livello della Timidina del metile in 5 con un gruppo alchilico più grandi porta ancora a derivati antivirali dotati di analogo meccanismo d’azione. Queste ultime modificazioni strutturali rendono i farmaci specifici per determinati ceppi virali. Maggior interesse è destato da: O Br HN O N È in grado di bloccare la riattivazione virale per lungo tempo anche dopo la sospensione della somministrazione. HO O OH O I HN O HO O OH N BVDU 5-bromovinil-2-desossiuridina che è potente inibitore selettivo sia del HSV che del VZV. Lo iodo analogo IVdU presenta proprietà simili. Tutti questi analoghi timidinici risultano attivi sul HVS-1 (H. labialis) e non sul HVS-2 (H. genitali). I VIRUS 46 Metodi di sintesi della idossuridina O O I HN O Ac2O N H O I HN O N O I N Hg(Ac)2 O TsO O N Hg CH3 OTs 5-Iodouracile O O I HN HN HO N O O O I2 O O N HO O 1) NaOH RO O 2) AcOH OH OH Idossuridina I HN OR N R R = -Cl R = AcO- I VIRUS 47 Metodo di sintesi della Trifluridina CH3 H3C Si O H3C O CF3 HN O (Me3Si)2NH BzO CF3 CH3 N H3C Si H3C O N N H O BzO O CF3 N Cl Hg(Ac)2 OBz O HN O NaOMe O CF3 HN O N HO O MeOH OBz OH L’alternativa è la reazione di Hilbert-Johnson che utilizza sempre silil derivati ma come acido di Lewis lo SnCl4. I VIRUS 48 O H3C NH N O HO O Zidovudina (AZT) N3 Analogo della Timidina che reca legata in posizione 3 del desossiribosio un gruppo azidico. Attivo contro virus tumorali a RNA (retrovirus) che causano leucemia delle cellule T e l’AIDS. La Zidovudina (substrato per la trascriptasi inversa) viene convertita in mono-, di- e tri-fosfato da parte della timidina chinasi cellulare e successivamente questi derivati vengono integrati nel DNA provirale. Per l’assenza dell’ossidrile in 3 il legame fosfodiestero non si può formare e la catena cessa di allungarsi. A dosi adeguate la Zidovudina trifosfato blocca la moltiplicazione dell’HIV per inibizione selettiva della DNA polimerasi virale. I VIRUS 49 Viene quindi usata nel trattamento sia degli stati precoci sia di quelli avanzati dell’AIDS nei quali impedisce la replicazione virale e migliora i parametri immunologici. Essa è tossica per il midollo osseo e causa anemia macrocitica. È instabile al calore ed alla luce a causa del gruppo azidico. L’associazione di AZT e di Foscarnet risulta in una azione sinergica nei confronti della replicazione virale. Anche il trattamento combinato AZT Aciclovir risulta efficace e ben tollerato in malati di AIDS. Sulla base di questo derivato sono state studiate altre molecole quali la 3’-azido-3’desossiguanosina (AZG) e la 2’,3’didesossicitidina (ddC) (molto attiva contro HIV). O N HO O N NH2 NH N NH2 AZG N3 OH N HO O O N ddC I VIRUS 50 Per la sintesi del AZT si parte dalla Timidina. O CH3 HN HO N O O O O TrCl CH3 HN TrO O N MsCl O OH TrO O N N O TrO O CH3 N O NaOH NaOH 2,3-anidronucleoside OMs O O O TrO OH N TrO MsCl OH O O OMs Py CH3 HN N O O O CH3 HN CH3 HN Py Py Epimeri O CH3 HN LiN3 TrO DMF 90-95° C O O N AcOH HO O O Riflusso N3 CH3 HN N3 N Arabino nucleosidi I VIRUS 51 La sostituzione del desossiribosio con l’arabinosio porta ad un effetto inbente la sintesi degli acidi nucleici. Citarabina (Ara-C) Blocca l’utilizzo della desossicitidina con conseguente inibizione della replicazione del DNA virale. Il derivato trifosfato inibisce sia la DNA polimerasi che la reduttasi che trasformano la citidina difosfato nel desossi derivato. Non viene impiegata molto in campo virale data la sua scarsa selettività. Trova applicazioni contro infezioni da VZV, per le cheratiti erpetiche e per le infezioni erpetiche resistenti all’idossuridina. La sua tossicità si manifesta a livello renale e del midollo osseo. I VIRUS 52 OCH3 NH2 N OCH3 BnO O OBn Cl H3CO N BnO O OBn N H3CO OBn N N O 1) NH3 HO N O OH H2 Pd/C OBn OH CITARABINA (ara-C) Altri composti sono i derivati della Ciclocitarabina (ciclo-Ara-C) e la Ara-C-3’,5’-fosfatociclico. Quest’ultimo è più attivo della Ara-C in virtù di una maggior resistenza alla deamminazione disattivante. Più interessanti sono i derivati Timina arabinoside (Ara-T) e il derivato 5-metil-Ara-C che per deaminazione disattivante si trasforma nella corrispondente Ara-T. NH2 NH N N HO O O OH CICLOAra-C (Ancitabina) NH2 O N O O CH3 N N O OH P HO O Ara-C 3',5'-fosfato ciclico O HO O N O OH OH 5-Metil-Ara-C CH3 HN O HO N O OH OH Timina arabinoside (Ara-T) I VIRUS 53 L’Ara-T viene attivata per la fosforilazione solo da un enzima virus-indotto (non dalle cellule normali) e, pertanto, inibisce selettivamente la sintesi del DNA solo nelle cellule infette. Suo analogo è il derivato 5-(2-bromovinil)uracil arabinoside o BVAU (BV-ara-U). Risulta attivo contro HSV di tipo 1 ma soprattutto è l’antivirale più attivo contro la varicella Zooster. Analogo alla Citarabina-C è il 2’-desossi-2’-fluoro-5-iodo citarabina (FIAC) che risulta attiva su HSV tipo 1 e 2, Herpes Zooster e sul Citamegalovirus. Sono stati preparati anche dei derivati aza-analoghi come pure dei deaza derivati dotati i vitro di attività antivirale. O NH HN Br I HN O HO N O OH BVAU O HO O F OH OH N FIAC I VIRUS 54 Nucleosidi e nucleotidi purinici Si ritiene che i nucleotidi purinici siano, analogamente ai derivati pirimidinici, i metaboliti attivi. Vidarabina (Ara-A) È ottenuto da culture fermentate di Streptomyces antibioticus. Sembra inibire la replicazione dell’acido nucleico del virus agendo da terminatore di catena con maggiore affinità per l’enzima virale rispetto a quello delle cellule sane. Viene rapidamente deaminata dall’adenina deaminasi a arabino ipoxantina (Ara-HX) metabolita inattivo mentre lo stesso enzima non è in grado di deaminare il corrispondente Monofosfato. OH NH2 N N HO N N O OH OH VIDARABINA (Ara-A) N N HO NH2 N N O OH OH Ara-Hx N N O HO O P OH OH N N O OH OH VIDARABINA (Ara-AMP) N N O HO P N O OH N O OH OH Ara-Hx MP I VIRUS 55 Viene usata nell’uomo contro l’encefalite dovuta ad infezioni da HSV-1 e 2. Usata anche nell’Herpes labiale o genitale dei neonati, nel vaiolo bovino ed umano e nell’erpes Zooster. Da non usare con donne cancerogena e teratogena gravide in quanto mutagena, La vidarabina 2’,3’-diacetato è un suo profarmaco che allunga la i tempi di deaminazione (disattivazione). LAdenina-α α-arabinoside (isomero della Ara-A) è pure lui attivo e non sembra substrato per l’enzima adenosinodeaminasi. Analoga resistenza alla metabolizzazione è stata evidenziata per l’azido derivato (Arazide) che tuttavia non risulta più attivo della Ara-A. OH NH 2 N N α-Ara-A N OH HO N O OH N N HO N N O N3 OH Arazide I VIRUS 56 Nucleosidi Aciclici O Aciclovir N HN H2N N N O OH Derivato sintetico della desossiguanosina nel quale la parte zuccherina è aciclica. Questa differenza strutturale conferisce alla molecola un meccanismo d’azione particolare. La sua tossicità per le cellule ospiti è scarsa ma una volta entrato nelle cellule infette viene trasformato nel trifosfato il composto attivo. È attivo infatti contro infezioni da HSV i quali attivano delle Timidina chinasi e/o delle DNA polimerasi virus specifiche che vengono inattivate dall’Aciclovir. I VIRUS 57 Viene a ridursi la produzione del DNA solo delle cellule infette in quanto la molecola di Aciclovir è meno sensibile alle analoghe Timidina chinasi delle cellule normali. La DNA polimerasi virale è inibita competitivamente dall’Aciclovir a concentrazioni molto inferiori di quanto non avvenga per la DNA polimerasi cellulare. L’assenza dell’ossidrile in 3 dello zucchero ciclico,viene bloccata l’elongazione del DNA. Più sensibili all’Aciclovir sono HSV-1 e HSV-2 ma anche VZV per il quale la FDI prevede dosi da 800 mg di farmaco 5 volte al giorno. È poco attivo sulle forme di HVS ricorrenti a causa dello scarso assorbimento percutaneo. La somministrazione orale non da effetti collaterali anche per trattamenti prolungati. Alla fine del cura si possono avere delle ricadute. I VIRUS 58 OAc N O HN H3C N H H3C H2N O N N Ac2O N H N O HN H3C N H N AEAME N H2N N CH3 Valina-CBZ OH DCC, TEA O N N O O H2N N O O N HN O N O O H2N H2N O OAc N N N HN N aciclovir HN N H O N HN N O HN H3C O Base N N O O H2 Pd/C N H AEAME Ac2O HN N O HN N H N O O O O O O I VIRUS 59 Altra molecola simile è il Ganciclovir (Cytogene) che risulta attivo contro HIV e alcuni mutanti resistenti ad ACV. Non richiede una Timidina chinasi specifica e pertanto risulta attivo anche contro il citomegalovirus e, contemporaneamente, più tossico. Approvato da FDI per il trattamento citomegalovirus in pazienti immunodepressi di retinite da La maggior attività rispetto al Ganciclovir è dovuta ad un accumulo di ganciclovir trifosfato nelle cellule infette. Il Penciclovir (PCV) possiede un’attività 4000 maggiore per HBV polimerasi rispetto a quella dell’ospite e ciò lo rende un ottimo inibitore della replicazione del HBV. O N N H2N N N N HN OH OH H2N N OH N O GANCICLOVIR (GCV) PENCICLOVIR (PCV) OH I VIRUS 60 Profarmaci sono: Il Famciclovir (FCV) è un profarmaco (biodisponibilità del 70% ripetto al 5% del PCV) rapidamente idrolizzato. È approvato per trattamenti del HSV-1 e HSV-2. 6-Desossiaciclovir è convertito rapidamente dalla Xantina ossidasi in ACV. Viene utilizzati contro le infezioni da VZV. Valaciclovir (VACV) è un profarmaco del ACV del quale migliora la biodisponibilità orale e che viene rapidamente idrolizzato a dare l’ACV. O N N H2N N N HN N OH O 6-DESOSSIACICLOVIR H2N O N H2N N O O VALACICLOVIR N HN H2N N OAc N O FAMCICLOVIR OAc I VIRUS 61 Cidofovir (CDV) nuova molecola con attività antivirale ad ampio spettro contro un'ampia varietà di virus del DNA compreso gli Herpes Virus tipo 1 (HSV-1) e tipo 2 (HSV-2), virus del Varicella-Zoster (VZV),Citomegalovirus (CMV), virus di EpsteinBarr (EBV), Papovavirus o Papillomavirus (HPV), Polyoma, Adenoe Poxvirus. • Il metabolita agisce sulla grado di incorporazione all'estremità 3 intracellulare attivo (diphosphorylated Cidofovir) polimerasi virale del DNA dove è in ostacolare la sintesi del DNA virale dopo di due molecole successive di Cidofovir della catena del DNA virale. • La sua azione non dipende dalla Timidino chinasi codificata dal virus (vedi aciclovir) e pertanto è attivo anche contro ceppi resitenti. NH2 N O N OH O O P HO OH I VIRUS 62 • È assai selettivo per la polimerasi virale. • La DNA polimerasi virale non è in grado di rimuovere il CDV e ciò determina un'azione antivirale prolungata che dura parecchi giorni (o settimane) consentendo la somministrazione di 1 dose ogni una o due settimane. • Negli studi clinici, Cidofovir si è dimostrato efficace nel trattamento CMV oculare con interessamento della retina. • Nel trattamento delle infezioni acyclovir-resistenti di HSV, le prove cliniche hanno dimostrato la sua efficacia sia per somministrazione sistematica (endovenoso) che locale (unguento al 1%). • Analogamente (sia unguento che iniezione sistemica) è risultato efficace nel trattamento delle infezioni della faringe, della laringe, genitali ed anali del virus HPV. • Infine Cidofovir si è dimostrato particolarmente efficace nel trattamento locale e/o sistematico di varie infezioni dovute ai Virus: CMV, HSV, VZV, EBV (Epstein-Barr virus), HPV, Polyoma, Adeno- e Poxvirus. I VIRUS 63 O H2N N N N HO O OH OH Ribavirina (Virazolo) È il primo nucleoside sintetico ad attività antivirale ad ampio spetro entrato in terapia. È attiva sia contro virus a DNA che a RNA. È attiva sull’epatite A, sull’influenza A e B, sul morbillo e sulle infezioni erpetiche cutanee. Viene trasformato dalla adenosina chinasi in trifosfato che inibisce la sintesi specifiche RNA polimerasi virali e la sintesi di mRNA e di acidi nucleici. Interferisce nella conversione di inosina-5’-monofosfato xantosina-5’-monofosfato interrompendo la sintesi del DNA. Questo meccanismo d’azione è altamente virus specifico. a I VIRUS 64 La ribavirina è in grado di di inibire la replicazione in vitro del HIV il retrovirus associato alla sindrome AIDS. La struttura di questa molecola è assai specifica: a. La funzione carbossiamidica è essenziale all’attività. b. La natura dello zucchero è determinante in quanto solo il ribosio impartisce attività alla molecola. c. La 1,2,4-triazolcarbossiamide risulta essere attiva in quanto viene convertita in vivo nella ribavirina. zim En O a H O H H2N a zim n E N HO N OH OH N N N HO O N H N N O H N N H N HO O OH OH O OH OH I VIRUS 65 Trattamento della HBV Attualmente esistono 5 analoghi nucleosidici / approvati per il trattamento dell’epatite B cronica: nucleotidici Telbivudina (Sebivo); Adefovir Dipivoxil (hepsera); Entecavir (Baraclude) Tenofovir disoproxil (Viread); Lamivudina (Epivir). O Telbivudina – Sebivo® CH3 HN O N OH Analogo della timidina indicata per il trattamento dell’epatite cronica B in pazienti adulti con malattia epatica compensata ed evidenza di replicazione virale e con elevati e persistentemente livelli dell’alanina aminotransferasi sierica (ALT). O OH O CH3 HN O HO N O OH I VIRUS 66 Telbivudina-5-trifosfato inibisce HBV DNA polimerasi (reverse transcriptase) competendo con il substrato naturale la timidina trifosfato. Viene incorporata nel DNA virale dove provoca il blocco della catena. Telbivudina inibisce la sintesi della HBV first-strand (EC50 = 0.4-3.1 µM) ma soprattutto quella della second-strand (EC50 = 0.12-0.47 µM) senza interferire con la polimerasi umana. Entecavir (Baraclude) Analogo nucleosidico della guanosina attivo conto l'HBV polimerasi, è efficientemente fosforilato nella forma attiva trifosfata (TP), che ha un'emivita intracellulare di 15 ore. O O . H2N Entecavir N H N N N N H2N N N H N HO O O O P O P O P OH O O O O OH HO Entecavir-TP I VIRUS 67 Entecavir-TP compete con il substrato naturale la deossiguanosina TP e inibisce: Il priming dell'HBV polimerasi; La trascrizione inversa del filamento negativo del DNA a partire dall'RNA messaggero pregemonico; La sintesi del filamento positivo dell'HBV DNA. La Ki dell'entecavir-TP per la DNA polimerasi HBV è 0,0012 µM. Entecavir-TP è un debole inibitore della DNA polimerasi cellulare con valori Ki da 18 a 40 µM. Sia in in coltura cellulari HBV che nel saggio antivirale HIV l’utilizzo,, di inibitori nucleosidici della trascrittasi inversa (abacavir, didanosina, lamivudina, stavudina, tenofovir o zidovudina) non ha evidenziato attività antagonista nei confronti dell’Entecavir. Sempre nel caso della HBV , Entecavir risulta possedere un’attività antivirale superiore a quella dell’Adefovir I VIRUS 68 Adefovir - Hepsera® Derivato fosfonato aciclico dell’Adenosina monofosfato utilizzato come profarmaco Adefovir dipivoxil Viene trasportato attivamente nelle cellule dei mammiferi dove è convertito dagli enzimi ospiti in difosfato. Meccanismo d’azione: • inibisce la polimerasi virale mediante competizione per i siti di legami diretti con il substrato naturale (deossiadenosina trifosfato); • si incorpora nel DNA virale causando l’interruzione della catena del DNA. Adefovir dipivoxil inibisce selettivamente l’HBV DNA polimerasi a concentrazioni di 12, 700 e 10 volte inferiori a quelle necessarie per inibire rispettivamente la DNA polimerasi α, β e γ nell’uomo. È attivo in vitro nei confronti degli epadnavirus incluse le mutazioni associate a famciclovir e nei modelli animali in vivo di replicazione O dell’epadnavirus. O Nelle forme comuni di HBV resistente a Lamivudina la sua attività permane ma risulta ridotta N N H2N N H N O O P O O O O O I VIRUS 69 VIRUS A RNA Ortomixovirus – Hanno come caratteristica la frammentazione del genoma a catena negativa. Ciò determina un elevata casistica di ricombinazioni che comporta una frequente variazione dell’antigenicità del virus. Tra di essi i più noti sono quelli dell’influenza A, B e C. I primi due sono responsabili delle patologie influenzali di stagione. In modo ricorrente, ogni 10 anni o più, il mondo è soggetto ad una infezione pandemica da virus dell’influenza A. Questa patologia immunodepressi. diventa importante in soggetti L’uso di Amantadina e Rimantadina è stata approvata sia per la profilassi che per il trattamento di queste infezioni. Paramixovirus – Tra questi il più importante è il respiratory Syncytial Virus (RSV) che causa serie infezioni all’apparato respiratorio di neonati e giovani bambini. I VIRUS 70 Parainfluenza sono quattro virus di questa famiglia (paramixovirus) e causano infezioni a livello dell’apparato respiratorio. Non esistono terapie autorizzate. Picornavirus sono virus con RNA monoelica la cui catena positiva si comporta da mRNA. (enterovirus, rinovirus, il virus dell’afta epizootica e quello dell’epatite A). Tra gli enterovirus, abbiamo la meningite settica, la poliomelite e l’influenza estiva. Sebbene la polio sia stata debellata grazie alla vaccinazione, sono annulamente numerosi i casi di meningite settica. Togavirus il cui nome deriva dall’involucro lipoproteico (toga) noti anche come arbovirus (trasmessi da artropodi). Tra questi abbiamo il virus della febbre gialla e della rosolia. Rabdovirus il più noto è quello della rabbia. RNA genomico e negativo e serve da stampo per mRNA ad opera di una transcripttasi presente nel virione. Rotavirus responsabili della diarrea nell’uomo ed in alcuni animali. Sono virus a RNA a doppia elica. I VIRUS 71 Tutti questi virus possono essere trattati con gli stessi farmaci già visti per i virus a DNA: Amantadina e Rimantadina; Ribavirina; Interferone α Immunoglobuline. Farmaci in fase di sviluppo. Farmaci antiinfluenzali Inibitori della proteasi - Il virus influenzale A (HA virus) necessita di un cleavage proteolitico post-traslazionale (essenziale per infettare la cellula e la successiva diffusione del virus). Questo step è effettuato da una proteasi della cellula ospite. I VIRUS 72 Inibitori della proteasi quali il Camostat mesilato ed il Nafamostat Mesilato si sono rivelati in grado di inibire sia HA che HB. H2N H N H2N CH3SO3H NH O O H N O NH O N O CH3SO3H O NH NH2 O Essi inibiscono la proteasi presente sia nei fluidi secreti dalla faringe umana sia nei polmoni. Tra i farmaci antiinfluenzali abbiamo il derivato Ly 217896 che, utilizzato come sale sodico, in vitro si è rivelato un potente inibitore del tutto paragonabile come attività alla Ribavirina. Risulta attivo sia come agente per la profilassi sia come agente terapeutico. NA+ S N N N- CN I VIRUS 73 Neuramidas i Inibitori della Neuramidasi (NA) I virus dell’influenza A e B posseggono sulla loro superficie: Emaglutinina una glicoproteina antigenica responsabile del legame del virus alla cellula (fase infettiva); Neuramidase enzima in grado di scindere il legame glicosidico dell’acido neuraminico (fase di rilascio dei virioni progenie). Lo studio di questi inibitori nasce dall’osservazione che il sito attivo di questa neuramidasi è altamente conservato sia nel virus A che B come pur nelle forme mutate. Ciò conferisce a questi composti un’azione ad ampio spettro. I VIRUS 74 Il DANA è stato il primo analogo sintetizzato sulla base del meccanismo d’azione ma non risultò selettivo. Zanamivir - Relenza® - la struttura del suo complesso con la NA è molto simile a quella dell’axido sialico con la stessa NA. Si ha una forte interazione di carica tra lo ione carbossilato e tre residui di Arg (Arg292, -371 e -118) rinforzata dall’interazione idrofobica del residuo acetamidico. Biodisponibilità orale molto scarsa e pertanto somministrato per inalazione. O OH HO OH HO HN R O DANA R = OH NH Zanamavir R = HN NH2 I VIRUS 75 Oseltamivir – Tamiflu® - meccanismo d’azione analogo, somministrato come fosfato per os in capsule o polvere per sospensione oraale. Peramivir introdotto da Johnson & Johnson come orale ma abbandonato ed ora in studio come iniettabile (BioCryst). Tra i nuovi composti abbiamo derivati dell’acido benzoico (BANA) che posseggono la giusta distanza tra carbossilato e residuo acetamidico. R1 O O R O 1 O H2N HN O O HN O NH2 R2 N NH OH H HN NH2 OH NH2 O N H R2 O HO Oseltamivir Peramivir H BANA I VIRUS 76 Farmaci anti-picornavirus Agenti inibenti il Capsid-binding – per l’infezione è necessario che il virione riesca a legarsi alla cellula. Una strategia per combattere il rinovirus consiste nel cercare di inibire questo step. Arildone è stato il punto di partenza per lo sviluppo di composti, caratterizzati da una lunga catena idrofobica, che posseggono un ampio spettro d’attività contro HRV (Human Rhinovirus) e enterovirus. Tra questi ricordiamo il Disoxaril. Il sito d’azione di questi composti è stato evidenziato negli anni 80 sulla base della struttura 3D del complesso del Disoxaril con HRV-14. MeO N O O O O O Disoxaril O N I VIRUS 77 La struttura icosaedrica del mantello del HRV-14 risulta formata da 60 coppie ciascuna delle quali composta da 4 proteine VP1 – VP4. Questa struttura è caratterizzata dalla presenza di depressioni o “canion” presenti su ciascuno dei cinque assi della struttura. Questi “Canion” rappresentano il sito d’attacco dei recettori cellulari I VIRUS 78 I VIRUS 79 In assenza del farmaco, la tasca (Canion) risulta contenere un cofattore “pocket factor” simile ad acidi grassi. Quando il virus si lega al recettore cellulare ICAM-1 (Inter Cellular Adhesion Molecule type 1) tale tasca deve essere vuota o al massimo contenere due molecole d’acqua. Pertanto, l’occupazione di questa tasca da parte del farmaco stabilizza la struttura virale stessa impedendone l’attacco alla cellula ospite. Analoghi del Disoxaril sono stati sintetizzati e saggiati come antivirali evidenziando che l’affinità di binding è ben correlata con l’attività inibente sulle colture cellulari. Altri composti, con ampio spettro di attività contro i HRV, sperimentati in clinica sono il WIN 54954, il suo derivato WIN 61893 e il Pleconaril (più stabile metabolicamente). H3C H3 C Cl N O CH3 N O O O WIN 54954 Cl N O H3C R = CH3 WIN 61893 R = CF3 Pleconaril N R N O I VIRUS 80 Anche il Pirodavir (R 77975) ha dimostrato possedere un largo spettro d’azione in vivo sia su HRV che enterovirus. Qualora venga somministrato frequentemente per intranasale, esso risulta efficace nel prevenire l’infezione. via Non sono stati osservati casi di resistenza al Pirodavir sebbene siano comparse resistenze a suoi analoghi (R 61837). La tasca idrofobica è il sito di binding di questi composti per i quali la SAR ha evidenziato: L’importanza fenilico; dell’effetto sterico attorno all’anello Che solo l’idrofobicità della molecola risulta essere un parametro predittivo per l’attività antivirale di questi composti. CH3 H3C N N O N N H3CO N O O N N I VIRUS 81 Flavonoidi Il composto Ro 09-179 è stato il primo derivato flavonoide naturale risultato attivo ad ampio spettro su Picornavirus. OH H3CO O OCH3 OCH3 O Cl OCH3 H3CO Ro 09-179 O O Ro 09-0410 Cl BW 683C Questi composti si legano alle proteine del Capside virale senza interferire con l’attacco o con la penetrazione della cellula ospite. Sembra pertanto che anche essi agiscano stabilizzando il Capside stesso ed impedendo quei cambi conformazionali richiesti per la liberazione del materiale virale. I VIRUS 82 ICAM-1 Chimeriche Circa il 90% dei HRV utilizza le InterCellular Adhesion Molecule 1 come recettori cellulari. Esse fanno parte della superfamiglia di proteine delle Ig. Sono sono costituite da cinque porzioni extracellulari Ig-simili, una dominio transmembranale che serve da ancoraggio e una piccolo dominio citoplasmatico. Esse fungono da ligandi per i Linphocyte function-associated antigen-1 (LFA-1). I VIRUS 83 ICAM-1 Chimeriche La maggior parte dei HRV si lega ai domini Ig-simili (D1 e D2) presenti nella porzione N-terminale. Ipotesi: forme solubili di ICAM-1 (definite s-ICAM e composte da uno dei domini estracellulari D1 o D2) potrebbero prevenire l’infezione legandosi competitivamente con i siti di legame presenti sul virus; tale legame tra il virus e la s-ICAM, generando un modifica conformazionale, provocherebbe la fuoriuscita, nello spazio extracellulare, di RNA virale dal capside. L’ utilizzo, nei primi periodi d’infezione, di molecole s-ICAM ha rivelato una notevole attività antivirale a largo spettro. Si è poi passati dalle forme monomeriche (s-ICAM) a molecole più complesse contenenti i cinque extracellulari che sono chimere delle ICAM-1 I VIRUS 84 Inibitori delle proteasi HRV produce una singola poliproteina che deve subire dei Cleavages proteolitici post-traslazionali al fine di generare le proteine virali funzionali. Le proteasi virali 2A e 3C, responsabili di questi cleavages, sono possibili target per una terapia antivirale. Citrimin e Radicinin si sono rivelati potenti inibitori della proteasi 3C. Ben più interessante è la sintesi di inibitori peptidomimetici delle proteasi. Tra questi ricordiamo il derivato contenente come residuo C terminale una glutaminaaldeide che risulta attivo a livello µM OH OH HOOC O HO O O Boc HO CH3 H3C O CH3 CH3 Cetrim H N O CH3 Radicinin N H O O N H H N O OH NH O I VIRUS 85 Farmaci antiretrovirali Gli attuali farmaci antiretrovirali in uso per la cura del HIV sono classificati come: Nucleoside Reverse Transcriptase inhibitors (NRTIs); Non Nucleoside (NNRTIs); Protease inhibitors. Reverse Transcriptase inhibitors NRTIs Rappresentano i primi farmaci antiretrovirali sviluppati. Attualmente i farmaci registrati dalla FDA per il trattamento del HIV sono: Zidovudine, Didanosine, Zalcitabine, Stavudine, Lamivudine e Abacavir. È possibile la somministrazione di combinazioni di questi farmaci I VIRUS 86 Zidovudine (AZT) Retrovir® - è il primo nucleoside approvato nel 1987 e utilizzato diffusamente a livello clinico (scarsi fenomeni di resistenza). Essa viene mono-fosforilata da una timidina chinasi presente nella fase replicativa della cellula e pertanto non è attiva nella fase di quiescenza. Viene rapidamente e bene assorbita dopo somministrazione orale con una biodisponibilità del 65%. Tra i suoi metaboliti abbiamo il derivato di riduzione del gruppo azido che risulta essere più citotossico dello stesso AZT. Stavudine (d4T) Zerit® - anche questa molecola viene fosforilata dalla stessa chinasi del AZT e pertanto è attiva solo nella fase proliferativa della cellula. O O NH HO O N3 N O NH HO O N O Per questo motivo non può essere somministrata in concomitanza con AZT. Viene rapidamente assorbita con una biodisponibilità compresa tra 82 e 98%. I VIRUS 87 Stavudine penetra bene nei fluidi cerebrospinali di pazienti infetti da HIV-1. Zalcitabine (ddC) Hivid® – essa viene trasformata, all’interno della cellula, nel derivato trifosforilato che è il composto attivo. Agisce prevalentemente sulle cellule in fase di quiescenza. La somministrazione orale porta ad una biodisponibilità del 86% ma l’assorbimento viene ridotto notevolmente qualora vi sia un uso contemporaneo di antiacidi. Non deve essere somministrata con altri derivati citidinici (Lamivudine) che competono con lo stesso enzima fosforilante. Lamivudine (3TC) Epivir® - anche per questo caso il derivato attivo è il trifosfato e come il precedente agisce prevalentemente nella fase di quiescenza. NH2 NH2 Viene ben assorbita oralmente con una biodisponibilità del 82%. N N HO O N O HO O S N O L’uso concomitante con la AZT incrementa la biodisponibilità di quest’ultimo. I VIRUS 88 Didanosine (ddl) Videx® – è un analogo della Inosina, per diffusione passiva penetra nella cellula dove viene trasformata dalla 5’-nucleotidasi nel monofosfato. Questo è il substrato della adenilsuccinato sintetasi che viene poi reso farmacologicamente attivo come dideossiadenosina trifosfato. È un derivato acido labile e pertanto viene somministrato con sali tampone pertanto non va somministrato: con composti che richiedono un pH acido per l’assorbimento (Indinavir, ketoconazolo etc.). Con sostanze in grado di adsorbire o chelare ioni metallici. Mutazioni al codone 74 del gene della TI porta a ridotta attività (da 4 a 10 volte meno attivo). N HN N HO N O N HN OH P HO O O N NH2 NH2 O O N O N N OH P HO O O N N O N N OH OH OH P P P HO O O O O O O N N O I VIRUS 89 Abacavir (ABC) Ziagen® - È un composto chirale e l’eutomero ha l’anello ciclopentenico in configurazione assoluta 1S,4R (cis). Penetra nella cellula mediata da enzima citoplasmatico ma come tale è inattivo. Viene dapprima monofosforilato e poi convertito in Carbovir monofosfato da un enzima citosolico differente da quelli coinvolti con altri analoghi nucleosidici. Successivamente viene trasformato nel Carbovirtrifosfato composto attivo. Nel liquido cefalorachidiano raggiunge una concentrazione pari al 63% di quella ematica. O NH NH H2N HO N N N N N N H2N O P HO O OH N N N HN H2N O P HO O OH O N N N HN H2N OH OH O P P P HO O O O O O OH N N I VIRUS 90 Tenofovir Viread® – è un analogo nucleotide aciclico attivo su HIV1. Non viene metabolizzato dal citocromo p450, per cui non vi sono interazioni con gli inibitori della proteasi e con gli NNRTI, così come non ve ne sono con numerosi altri farmaci che vengono metabolizzati tramite questa via. Tenofovir disoproxil fumarato (TDF) è un suo profarmaco prodotto dalla Gilead Sciences sotto il nome commerciale di Viread®. Attualmente è in fase clinica il derivato GS 7340 che mostra possedere, dopo somministrazione orale, una AUC relativa al prodotto attivo, 34 volte superiore a quella del TDF. Interagisce con la Didanosina (ddI) di cui ne aumenta la Cmax: del 49% quando i due farmaci vengono assunti a due ore di distanza; Per assunzione contemporanea l'incremento arriva al 64%. NH2 NH2 N N N N N N O O OH P OH CH3 Tenofovir N N O O O P O O O O N N N O CH3 NH2 O N O O O P NH O O Tenofovir disoproxil fumarato CH3 GS 7340 O I VIRUS 91 Emtricitabina (FTC) Emtriva® è un analogo nucleosidico della Citosina attivo sia su HIV-1 e -2 che su HBV: Deve essere fosforilata per poter inibire l’elongazione del DNA virale. La resistenza è dovuta a modifiche del codone 184 del gene della TI. È in commercio un’associazione della Emtricitabina con Tenofovir con il nome di Truvada®. Per il trattamento dell'AIDS la FDA ha approvato, il 12 luglio 2006, l’uso di una singola dose giornaliera di Atripla, un’associazione a dose fissa di tenofovir, emtricitabina e efavirenz. NH2 F N Emtricitrabina O N O S OH I VIRUS 92 Associazioni utilizzate: Combivir ® - Lamivudina (150 mg) e Zidovudina (300 mg); possibilità di assunzione con o senza cibo e di un singolo prodotto. Epzicom ® - Lamivudina (300 mg) e Abacavir (600 mg); Trizivir ® - compresse rivestite con film contiene 300 mg di Abacavir (come abacavir solfato), 150 mg di Lamivudina e 300 mg di Zidovudina, Si raccomanda che il trattamento venga iniziato con abacavir, lamivudina e zidovudina separatamente per le prime 6-8 settimane Truvada ® - Tenofovir (300 mg) e Entricitabina (200 mg) utilizzato per il trattamento di adulti. Atripla in di di ® - Tenofovir, Emtricitabina e Efavirenz (NNRTI). Usato pazienti con carica virale inferiore a 50 coppie/mL al fine mantere bassa la carica virale stessa. Non cura l’infezione HIV e AIDS. I VIRUS 93 NNRTIs Sono dei inibitori non competitivi della transcriptasi inversa aventi strutture eterogenee. Nevirapine – si lega direttamente all’enzima senza interagire con il templato o con i nucleosidi trifosfato. È specifico per HIV-1, risulta inattivo su HIV-2 e non si lega alla DNA polimerasi umana. Presenta il fenomeno della autoinduzione per cui l’emivita del farmaco di 45 h dopo singola somministrazione si riduce a 2530 h dopo dosi multiple. Esso induce gli enzimi del Citocromo P450 e pertanto può provocare interazioni tra farmaci. H N N N O N I VIRUS 94 Delavirdine (Rescriptor®)– È anche lui specifico per HIV-1 risultando inattivo su HIV-2 mentre non si lega alla DNA polimerasi umana Viene rapidamente assorbito a livello gastrico e non può essere somministrato con H2-antagonisti o con inibitori della pompa protonica. Efavirenz – come i precedenti agisce solo su HIV-1. Anche per lui esiste un metabolismo autoindotto che riduce l’emivita per somministrazioni multiple. Si lega per il 99% alle proteine plasmatiche ed in particolare alle albumine. N N S O2 H N N N H O HN Cl O N H O I VIRUS 85 Inibitori della Proteasi Sono inibitori della proteasi un enzima che processa e taglia le grandi proteine precursori a dare le proteine strutturali e gli enzimi necessari per la replicazione del virus. Si formano particelle di virus immature. Attualmente vi sono più di 30 composti in sviluppo preclinico. Saquinavir – Fortovase ® - approvato per primo nel 1995 negli USA. È un derivato peptidico il cui stato di transizione mima il legame peptidico Phe-Pro. È in commercio sotto forma di capsule soffici di gelatina (Fortovase) e capsule rigide (Invirase). H N N O O N H OH NH2 O O N H H N H I VIRUS 86 Indinavir - Crixivan ® – viene rapidamente assorbito con una biodisponibilità del 30%. Il legame con le proteine plasmatiche è pari la 60% e per somministrazioni multiple si ha accumulo nel plasma. Ritonavir – Norvir ® approvato per l’uso, da solo o in associazione con analoghi dei nucleosidi, in pazienti affetti da HIV già in uno stato avanzato dell’infezione stessa. Si lega per il 98% alle proteine plasmatiche ed anche per questo farmaco esiste un metabolismo autoindotto in caso di somministfrazioni multiple. È un potente inibitore del Citocromo P450. S N OH H N N N O NH O OH N S H N O O OH O N H N H N N O I VIRUS 87 Nelfinavir – Viracept ® - è il più recente dei derivati autorizzati per il trattamento delle infezioni da HIV-1. Contrariamente agli altri, il suo assorbimento viene ridotto se somministrato a stomaco vuoto. Si lega per il 98% alle proteine plasmatiche. Viene trasformato dagli isoenzimi del Citocromo P450 in due metaboliti che sono stati isolati. Uno possiede la stessa attività del composto di partenza, l’altro avente un’attività ridotta al 10-20%. O HO S O N H N OH H H N H I VIRUS 98 Amprenavir-Angenase ® - approvato dalla trattamento di bambini e adulti infetti da HIV FDA per il viene metabolizzato dal citocromo P450 3A4 (CYP3A4) e può alterare il metabolismo di farmaci come pure questi possono alterare il suo. Il suo profarmaco è il Fosamprenavir indicato nella cura di pazienti adulti adolescenti e bambini di oltre 6 anni affetti da HIV-1. Tipranavir ha evidenziato notevoli problemi legati a emorragie intracraniche. OR N O SO2 NH O O NH2 R=H R = PO3Ca I VIRUS 99 Farmaci in gradi di inibire la penetrazione del virus del HIV nella cellula. La penetrazione del virus dell’HIV nella cellula può essere suddivisa in 3 stadi: HIV si lega alle molecole CD4 presenti sulla superficie mediante le proteine gp120 presenti sull’envelope. Un cambio conformazionale della gp120 consente al virus di legarsi alle CCR5 e le CXCR4 (facenti parte della chemokine receptor superfamily) quali co-receptors ed entrare nella cellula. L’envelope del HIV si fonde con la membrana cellulare a seguito conformazionale delle sue proteine gp41. I VIRUS 100 Tutto nasce dall’osservazione che alcuni pazienti sieropositivi non contraevano l’infezione. Presenza di anticorpi diretti contro la proteina che consente la penetrazione nella cellula. È possibile studiare antagonisti di questi co-recettori. I VIRUS 101 Vicriviroc – esso si lega alle proteine CCR5 presenti sulle CD4 cells (T-cells) ed impedisce al virus di infettare la cellula. A dosi di 10, 25 o 50 mg due volte al giorno per due settimane provoca una diminuzione della carica virale di 1,08 – 1,56 e 1,62 log. È stato studiato in associazione con Combivir (Zidovudina + Lamivudina) (AZT + 3TC) (sospese le prove cliniche?) BMS 378806 – non è ancora stato I VIRUS 102 Enfuvirtide Fuzeon® primo farmaco approvato come inibiotre della fusione di HIV con la membrana cellulare da utilizzarsi in associazione con altri antiretrovirali. Peptide sintetico lineare di 36 aa tutti Si lega alla prima heptad-repeat (HR1) della subunità naturaligp41 L. dell’envelope impedendone i cambiamenti conformazionali richiesti per la fusione. N terminale acetilato e C terminale come carbossiamide. I VIRUS 103 Maraviroc - Celsentri® Approvato negli USA per il trattamento di soggetti infetti da HIV CCR5-tropico che evidenziano resistenza al trattamento multiplo con antiretrovirali. Non da utilizzare all’inizio della terapia. Celsentri non cura l’infezione da HIV o l’AIDS, ma può ritardare i danni prodotti al sistema immunitario e l’insorgenza di infezioni e malattie associate all’AIDS F F O H3C CH3 H N H N H3C N N