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

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

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

Nel 1941 comparve il primo articolo sulla rivista “The Lancet” che descriveva le proprietà dell’antibiotico.  1943 la Pfizer riusciva a produrre grandi quantitativi di penicillina G da ceppi di Penicillium crhysogenum, che vennero largamente utilizzati durante la guerra per curare i soldati feriti.

Comincia l’era degli antibiotici Dopo l’introduzione in commercio della penicillina G, lo screening di decine di migliaia di microrganismi condusse nel giro di pochi anni alla scoperta di un certo numero di antibiotici: streptomicina nel 1994 cloramfenicolo nel 1947 clortetraciclina nel 1948 cefalosporina C nel 1948 neomicina nel 1949 nistatina nel 1950 eritromicina nel 1952 Ciascuno di questi antibiotici “naturali” divenne il composto di riferimento per la preparazione di antibiotici semisintetici. L’uso massiccio ed indiscriminato degli antibiotici ha ridotto gran parte del loro potenziale a causa della comparsa di ceppi batterici divenuti resistenti alla loro azione. La storia degli antibiotici continua. Oltre alla necessità di nuovi antibiotici, occorre usare quelli disponibili in maniera mirata.

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

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

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

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

Bacteriostatic and bacteriocidal time-kill curves for 3 antibiotics added to a liquid culture of E. coli, maintained shaken for 24 h

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

Effetto letale degli antibiotici Antibiotici tempo dipendenti penicilline cefalosporine macrolidi* glicopeptidi sulfamidici Lincosamidi * alcuni possono avere anche azione concentrazione dipendente E’ essenziale mantenere per periodi lunghi concentrazioni di antibiotico superiori alla MIC (lungo tempo di contatto Antibiotici concentrazione dipendenti chinoloni aminoglicosidi   E’ essenziale che l’antibiotico raggiunga elevate concentrazioni nel sito di infezione per eradicare il patogeno (>10XMIC). Craig, 1998; Scaglione 2000.

Meccanismo d’azione degli aminoglicosidi (fluorochinoloni) Di conseguenza l’impiego dell’antibiotico in terapia alla concentrazione di almeno 10XMIC per conseguire effetti battericidi sul più alto numero di patogeni e impedire l’insorgenza di microorganismi resistenti. Somministrazione intervallata in modo da non cadere nel periodo di induzione Per questi antibiotici si raccomanda la monosomministrazione giornaliera. Craig, 1995; Drusano, 1995; Blaser 1996, Freeman et al., 1997.

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

INTERAZIONI TRA ANTIBIOTICI Motivi di impiego. Estendere lo spettro d’azione di un antibiotico Limitare la tossicità di antibiotico Prevenire l’insorgenza di microorganismi resistenti Conseguire un effetto sinergico Valutare nuove molecole.

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

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

In vivo Il tasso di crescita dei batteri è fortemente rallentato

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

Fattori che influenzano l’attività di un antibiotico in vivo Tasso di crescita (β-lattamici, fluorochinoloni) pH (aminoglicosidi, macrolidi) Assenza di ossigeno (aminoglicosidi, fluorochinoloni)

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

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

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

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

PAE indotto da vari antibiotici nei gram-negativi Range dei PAE (ore) Chinoloni 1.2-3.6 Aminoglicosidi 1-2.7 Macrolidi 0.7-3.2 Carbapenemici 0.5-1.5 β-lattamici* -0.2-0.5 *Escluso i carbapenemici Debbia et al. 1988,1990,1992,1993; Zhanel et al. 1991

PAE indotto da vari antibiotici nei gram-positivi Range dei PAE (ore) Chinoloni 1.1-3.7 Aminoglicosidi 0.5-2.9 Macrolidi 0.5-4.6 Glico-lipopeptidi 0.7-2.9 Carbapenemici 0.6-3.5 β-lattamici* 0.4-3.9 *Escluso i carbapenemici Debbia et al. 1988, 1990, 1992, 1993; Zhanel et al. 1991

PAE indotto da vari antibiotici da soli o in combinazione tra loro. E coli* S.aureus* Amikacina 0.8 1.1 Piperacillina -0.1 1.2 Amikacina+piperacillina 1.3 2.5 *Esposti alla concentrazione di 1 X MIC Paglia et al. 1989; Debbia et al. 1992

Agenti antibatterici Effetti indesiderati di natura: allergica biologica tossica

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Altri bersagli Funzionalità di membrana Polimixine Lipopeptidi Metabolismo Sulfamidici-Trimetoprim

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

Antibiotici ad uso specifico Mycobacterium tuberculosis Clostridium difficile