Farmaci che agiscono sulla struttura delle membrane cellulari

Controllo di microorganismi patogeni residenti all’interno o su vertebrati Un agente chemoterapeutico di successo deve: danneggiare l’agente patogeno senza effetti importanti sui processi chiave dell’ospite (deve essere selettivo) raggiungere l’agente patogeno ovunque si trovi nell’ospite (deve penetrare cellule e tessuti) non impedire la risposta immunitaria dell’ospite (fagocitosi e formazione di anticorpi)

Controllo di microorganismi patogeni residenti all’interno o su vertebrati Un buon farmaco antimicrobico deve avere le seguenti caratteristiche: attività ad ampio spettro capacità di prevenire lo sviluppo di resistenza tossicità selettiva e nessuno o pochi effetti collaterali (reazioni allergiche; danno nervoso; irritazione dei reni e del tratto GI) capacità di mantenere intatta la flora batterica dell’ospite

Controllo di microorganismi patogeni residenti all’interno o su vertebrati Un buon farmaco antimicrobico deve avere le seguenti caratteristiche: Bassa dose terapeutica livello di farmaco necessario per il trattamento clinico Bassa tossicità livello di farmaco al quale il farmaco stesso diventa troppo tossico per il paziente (effetti collaterali importanti) Elevato indice terapeutico Rapporto dose tossica/dose terapeutica

Introdurre un nuovo farmaco antimicrobico Stabilire e verificare il metodo per il trasporto al microorganismo Topico Orale Parenterale La concentrazione terapeutica deve essere raggiunta velocemente e mantenuta a livelli efficaci nel tempo La formulazione (pillole, compresse, sciroppi) deve essere stabile nel tempo

Determinazione dell’attività antibiotica L’efficacia di un antimicrobico viene espressa attraverso due metodi: 1) Minima concentrazione di inibizione (MIC) La più bassa concentrazione di farmaco che inibisce (previene) la crescita del patogeno La concentrazione di farmaco nel sangue/tessuti deve essere > MIC 2) Minima concentrazione letale (MLC) La più bassa concentrazione di farmaco che uccide il patogeno

Controllo di microorganismi patogeni residenti all’interno o su vertebrati I principali punti di attacco per antimicrobici su microorganismi includono: Inibizione della sintesi della parete cellulare (cell wall) Danno alla membrana plasmatica Inibizione della sintesi proteica Inibizione della sintesi degli acidi nucleici Inibizione di specifici sistemi enzimatici

Generalità I meccanismi d’azione generali sono: Inibizione di enzimi o di altre sostanze nella membrana cellulare coinvolti nella produzione di composti necessari per mantenere l’integrità della cellula stessa. Inibizione dei processi coinvolti nella formazione della struttura della membrana cellulare, in modo tale da rendere incompleta la struttura stessa. Ciò porta alla fuoriuscita di sostanze essenziali e quindi alla morte cellulare. Formazione di canali che attraversano la membrana rendendola porosa. Ciò porta alla fuoriuscita di sostanze essenziali e quindi alla Rottura di alcune parti della membrana con successiva fuoriuscita di materiale cellulare.

Controllo di microorganismi patogeni residenti all’interno o su vertebrati Agenti antifungali Esistono pochi agenti efficaci a causa della similarità tra cellule di fungo e umane I targets possibili sono: Sintetasi della Chitina (per la sintesi del cell wall) Steroli di membrana Inibizione della sintesi degli steroli di membrana

Agenti antifungali -FUNGICIDI Le infezioni dovute a funghi coinvolgono la pelle e le mucose del corpo. I microorganismi agiscono danneggiando la membrana cellulare; il danno provoca la perdita di componenti cellulari vitali. I farmaci antifungali sono classificati in: - FUNGISTATICI -FUNGICIDI Un fungistatico previene la riproduzione del fungo, con il risultato dell’estinzione naturale del ceppo. Un fungicida uccide il fungo.

Agenti antifungali Azoli: Imidazoli sostituiti ad attività fungistatica a basse concentrazioni (nM) e ad attività fungicida a più alte concentrazioni (mM). Farmaci attivi contro la maggior parte dei funghi che infestano le mucose e la pelle; attivi anche contro infezioni sistemiche, batteri, protozoi e elminti. Econazolo Ketoconazolo

Agenti antifungali Gli azoli agiscono su siti differenti che insieme contribuiscono all’azione fungicida. Il principale punto di azione è l’inibizione di alcune ossidasi del citocromo P-450 collocate nelle membrane dei microorganismi. In particolare gli azoli sono legati all’inibizione dell’enzima 14a-sterol demetilasi, essenziale per la biosintesi dell’ergosterolo, il principale sterolo delle membrane cellulari dei funghi.

Antifungal Agents Biosintesi dell’ergosterolo accumulo

Antifungal Agents Meccanismo d’azione: Gli atomi di N dell’anello imidazolico legano l’atomo di ferro dell’eme enzimatico e quindi bloccano l’azione dell’enzima. Si determina un accumulo di steroli (lanosterolo) nella membrana che porta all’ aumento della sua permeabilità e quindi alla fuoriuscita di materiale cellulare. MORTE CELLULARE La stessa attività degli azoli avviene anche sulle ossidasi dell’organismo ospite (uomo), ma a concentrazioni più elevate, per cui non c’è danno. L’anello imidazolico (o triazolico) è essenziale per l’attività e l’intera molecola deve essere lipofila per solubilizzarsi con la membrana cellulare.

Antifungal Agents Spettro di attività

Interazioni con altri farmaci Antifungal Agents Interazioni con altri farmaci

Agenti antifungali Allilammine: Derivati sintetici dell’amminopropene in cui il gruppo allilammino è essenziale per l’attività. Probabilmente agiscono inibendo la squalene sintetasi nella biosintesi dell’ ergosterolo della membrana fungina. L’aumento di concentrazione di squalene nella membrana porta alla perdita della sua integrità e quindi alla fuoriuscita di materiale cellulare. Tale meccanismo non sembra essere condiviso con la biosintesi del colesterolo nei mammiferi. Terbinafine Naftifine

Agenti antifungali

Agenti antifungali Micosi superficiali Antibiotici polienici da Streptomyces Alterano la permeabilità di membrana e inibiscono la sintesi degli steroli Rottura del fuso mitotico; può inibire la sintesi proteica e del DNA La maggior parte degli antifungali è fungistatica

Agenti antifungali Micosi sistemiche Blocca la funzionalità dell’RNA Lega gli steroli nella membrana Blocca la funzionalità dell’RNA

Agenti antifungali Anfotericina B (Poliene) Problemi standard terapeutico per la maggior parte delle infezioni fungali invasive o per trattamenti a lungo termine. MOA: si lega all’ergosterolo nella cell wall alterandone l’integrità fino alla lisi cellulare Problemi Tossicità significativa e problemi di somministrazione Reazioni correlate all’infusione e tossicità renale Il rapporto dose/durata d’azione dipende dal paziente e dal tipo di infezione

Anestetici locali

Anestetici locali Farmaci (LA) che producono depressione reversibile dell’impulso nervoso e della conduzione, bloccando la sensazione di dolore Agiscono principalmente sulla membrana cellulare dei neuroni. Nonostante la somministrazione locale, LA possono determinare anche effetti sistemici dovuti al trasporto in altri organi attraverso il flusso sanguigno.

Anestetici locali

Anestetici locali I neuroni sono attivati da stimoli chimici, elettrici e meccanici. Trasmettono l’informazione come segnali elettrici (impulso nervoso o potenziale d’azione). Arrivato al nodo sinaptico il segnale elettrico rilascia sostanze chimiche che attraversano la membrana sinaptica e danno l’avvio al segnale elettrico nel neurone successivo.

Anestetici locali Trasmissione del segnale: La legge di Dale stabilisce che ciascun tipo di neurone rilascia un singolo neurotrasmettitore. L’azione di una sinapsi dipende sia dal trasmettitore rilasciato nello spazio pre-sinaptico, che dai recettori specializzati collocati nella membrana postsinaptica (canali ionici).

Anestetici locali I canali ionici agiscono come barriere che permettono o bloccano il flusso di ioni specifici all’interno o all’esterno della cellula.

Anestetici locali Un neurotrasmettitore agisce come ligando che apre il canale ionico legandosi al sito recettoriale posto sul canale stesso.

Anestetici locali A riposo, in assenza di stimolo nervoso, l’interno della cellula si trova a un potenziale negativo (tra -20 e -90 mV), dovuto al trasporto passivo di ioni Na+, K+, Ca2+ e Cl- attraverso i canali ionici. La stimolazione nervosa provoca l’apertura dei canali Na+ e il conseguente afflusso di ioni all’interno del neurone. Essi neutralizzano il potenziale negativo della superficie interna della membrana provocando così la fuoriuscita degli ioni K+. Il risultato è la depolarizzazione (il potenziale negativo tende a zero) della membrana seguito da “ripolarizzazione” (ritorno verso il potenziale negativo di riposo), dovuta al ripristino di cariche negative nella membrana che richiamano gli ioni K+ ristabilendo così lo stato di riposo iniziale. Tutto il processo avviene in 4 ms.

Anestetici locali - Cocaina CENNI STORICI Le foglie di Coca si trovano nel Genus Erythroxylum Erythroxylum contiene alte concentrazioni di alcaloide, fino a 0.7-1.8% L’alcaloide trovato nelle foglie di Coca ha basi azotate naturali ed è noto come cocaina Il Genus Erythroxylum è stato scoperto in Sud America, Venezuela, Bolivia, e Perù fin dall’epoca pre-colombiana Le prime coltivazioni e l’uso delle foglie di coca risalgonno al 700 a.C. in Bolivia e nelle zone Andine. Nel 1860, il chimico tedesco Albert Niemann isolò con successo il principio attivo delle foglie di coca, la cocaina.

Anestetici locali In 1865, Willhelm Lossen determinò la formula molecolare della cocaina (C17H21NO4) Niemann scoprì l’effetto dell’intorpidimento della lingua causato dall’alcaloide Sulla base della scoperta di Niemann, il medico russo Basil Von Anrep condusse esperimenti su animali come ratti, cani e gatti. Iniettò piccole quantità di una soluzione all’1% sulla sua lingua; la lingua diventava insensibile. Concluse che la cocaina era un buon anestetico per la chirurgia.

Anestetici locali Cocaina E’ un estere dell’acido benzoico. Stimolante del CNS. A basse dosi produce euforia. A più alte dosi causa convulsioni, coma, e morte. Stimola il centro del vomito. Blocca il reuptake delle catecolammine. Piccole dosi possono causare bradicardia e stimolazione centrale vagale. Più alte dosi causano tachicardia e ipertensione  dosi ancora più alte possono portare all’infarto del miocardio e alla morte.

Anestetici locali USI (consentiti...) Anestesia superficiale Anestesia per infiltrazione Anestesia per blocco dei nervi (peripheral,plexus) Anestesia spinale/subaracnoidale Altri usi (antiaritmici, etc.)

Anestetici locali A partire dalla struttura della cocaina e applicando la tecnica della semplificazione molecolare, sono stati sintetizzati analoghi che conservano le proprietà anestetiche, ma che sono privi di quelle narcotiche Cocaina Eucaina Procaina

Anestetici locali Benzocaina Lignocaina Bupivacaina Procaina Piperocaina Prilocaina

Anestetici locali SAR Tutti gli LA tipici contengono una zona idrofilica e una idrofobica separate da catene alchiliche di varia lunghezza. Il gruppo idrofilico è generalmente un’ammina terziaria. Il gruppo idrofobico è generalmente un anello aromatico. Il legame intermedio, estere o ammide, è determinante per le proprietà del farmaco.

Anestetici locali SAR Hydrophobic group Hydrophilic group Intermediate alkyl Aromatic residue Tertiary amine Intermediate alkyl Caratteristiche comuni delle strutture dei più diffusi LA

Anestetici locali SAR Catena intermedia: estere o ammide. Determina molte delle proprietà del farmaco. Modifiche dei gruppi intermedi della molecola portano all’ alterazione dell’attività e a tossicità: Aumentando la lunghezza del gruppo intermedio si arriva ad un valore che dà il massimo della potenza (lunghezza critica) oltre il quale aumenta la tossicità del drug.

Anestetici locali SAR Le dimensioni dei due gruppi terminali sono ugualmente importanti Per es. aggiungendo un gruppo butile alla mepivacaina si ottiene la bupivacaina; Aumento della solubilità nei lipidi; Aumento della potenza; Aumento della durata d’azione Mepivacaina Bupivacaina

Anestetici locali SAR Il gruppo idrofilico è importante per la solubilità in acqua, mentre quello lipofilo conferisce solubilità sulla membrana. La solubilità in acqua è importante per il trasporto del farmaco sulla membrana e, una volta sul neurone, nel sito d’azione. La solubilità lipidica è essenziale per la penetrazione nella membrana cellulare e per il raggiungimento del sito d’azione.

Anestetici locali SAR Importanza di un corretto bilancio tra i gruppi idrofilici e idrofobici. Una misura di questo bilancio è il pKa in acqua 7.5 < pKa < 9.5

Anestetici locali Meccanismo d’azione La maggior parte degli LA hanno meccanismo d’azione simile. Bloccano la conduzione nelle terminazioni nervose che impediscono l’eccitazione del nervo, creando l’effetto anestetico. Si legano ai canali del Na+ nello stato inattivato, prevenendo così la successiva attivazione del canale e l’influsso di Na+ transiente associato alla depolarizzazione di membrana.

Anestetici locali Meccanismo d’azione Marcata riduzione della depolarizzazione di membrana. Impossibilità di propagazione dell’impulso lungo l’assone  Blocco neuronale LA agiscono in forma cationica ma la maggior parte raggiunge il sito d’azione penetrando la membrana dell’ assone in forma non ionizzata. Alcuni agiscono: Penetrando la membrana cellulare e causando l’espansione e la distorsione dei canali ionici; Penetrando parzialmente la membrana cellulare dell’assone e causando così l’aumento del potenziale di transmembrana e l’inibizione della depolarizzazione.

Anestetici locali Durata d’azione: Effetti collaterali Il binding alle proteine regola la durata della attività anestetica. Un LA fortemente legato alle proteine rimarrà a lungo con una durata d’azione maggiore. Procaina  6% protein bound Ropi, bupi, etidocaine  94-96% prot. bound Effetti collaterali La tossicità è spesso proporzionale alla potenza del LA. Miscele di LA danno effetti tossici additivi. In aggiunta al blocco della trasmissione nervosa nell’assone, LA hanno effetto in tutti i tessuti in cui avviene la conduzione dell’impulso e perciò: nel CNS nei gangli autonomici in tutte le fibre muscolari (respiratorie, cardiache, etc…)