Chemioterapia Insieme dottrinale e metodologico volto alla ricerca di sostanze chimiche artificiali e naturali dotate di tossicità selettiva nei confronti di cellule procariote o eucariote responsabili di infezioni, infestazioni, neoplasie o disordini immunologici. (P. Ehrlich, 1910)

1) ANTIMICROBICA (antibatterica, antivirale, antimicotica) IN FUNZIONE DEI DIVERSI BERSAGLI SI DISTINGUONO TRE SETTORI DELLA CHEMIOTERAPIA: 1) ANTIMICROBICA (antibatterica, antivirale, antimicotica) 2) ANTIBLASTICA 3) IMMUNOMODULANTE Dall'introduzione dei primi agenti chemioterapici (1935) la mortalità per malattie infettive e parassitarie si è ridotta drasticamente.

Mortalità per malattie infettive e parassitarie nel mondo industrializzato 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 20 40 60 80 100 120 140 160 ? cefpiroma ceftriaxone aciclovir imipenem aztreonam cefalotina eritromicina ampicillina streptomicina benzilpenicillina clorochina sulfanilamide Malattie infettive e parassitarie del mondo industrializzato mortalità/100.000 abitanti anno

Le 10 più importanti cause di morte negli Stati Uniti nel 1900 e 1997  

Chemioterapia antimicrobica Chemioterapici: farmaci ottenuti per sintesi chimica (es. sulfamidici) Antibiotici: farmaci di origine naturale o semisintetica prodotti come metaboliti secondari da varie specie di microrganismi, funghi ed attinomiceti capaci di inibire la crescita di (batteriostatici) o di uccidere (battericidi) altri microrganismi (anche farmaci la cui struttura è simile a quelli naturali, ma di origine totalmente sintetica)

Chemioterapia antimicrobica Principali bersagli della chemioterapia nella cellula procariotica ed eucariotica Chemioterapia antimicrobica Poiché il bersaglio della terapia chemioterapica antimicrobica è l'agente eziologico della malattia infettiva (batterio, virus, protozoo, micete o elminta) i farmaci usati a questo scopo sono "selettivi" e ben si applica a queste molecole il concetto di "tossicità selettiva" (Paul Erlich)

FATTORI DI TOSSICITA’ SELETTIVA

Azione batteriostatica: il farmaco impedisce la moltiplicazione dell’agente patogeno (es. sostanze cha alterano la sintesi proteica). Agiscono su microorganismi in fase di attiva moltiplicazione. Le difese immunitarie dell’organismo sono quelle che poi vincono l’infezione. Azione battericida: il farmaco uccide l’agente patogeno (e. sostanze che alterano la struttura della parete batterica). Spettro d’azione: alcuni antibiotici (es. penicillina) agiscono prevalentemente sui batteri Gram+, altri (es. l’isoniazide) agiscono solo sui batteri della tubercolosi, altri (es. le tetracicline) agiscono su un maggior numero di agenti patogeni. Questi sono chiamati antibiotici a largo spettro. Questi possono provocare pericolo di “superinfezione” (es. da Candida) in quanto la distruzione della normale flora batterica può portare alla invasione delle mucose da parte di batteri patogeni

Differenze molecolari tra cellule pro- ed eucariote e possibili bersagli della terapia antimicrobica Struttura cellulare Procarioti Eucarioti Farmaci Membrana cellulare Pochi steroli Molti steroli Polimixina Ribosomi 70S 80S Macrolidi, Lincomicina, cloramfenicolo Parete cellulare Peptidoglicano assenza β-lattamine, vancomicina

Penicilline, cefalosporine Polimixine Sulfamidici Diaminopiridina Inibitori della girasi Nitroimidazoli Rifampicina Tetracicline Aminoglicosidi Cloramfenicolo Macrolidi Mupirocina

Sulfamidici (1935) e Trimetoprim (1962) NH2 SO2NH2 PABA Antagonisti del folato Sulfamidici (1935) e Trimetoprim (1962) Spettro antimicrobico dei sulfamidici (batteriostatici) Streptococco pyrogenes, streptococco pneumoniae, chlamydiae, shigelle* *molti ceppi di Shigelle sono resistenti Effetti collaterali cristalluria, nausea, vomito, reazioni di ipersensibilità (cute), anemia emolitica (0.05%), agranulocitosi.

Indicazioni terapeutiche tipiche dei Sulfamidici Sono poco utilizzati

Sulfametoxazolo + Trimetoprim Cotrimossazolo (Bactrim) Il cotrimossazolo ha uno spetto più ampio. Ha effetti battericidi Resistenza minore Effetti collaterali nausea, vomito, Stomatite, glossite reazioni di ipersensibilità (cute), anemia megaloblastica, neutropenia, citopenia Interazioni col Warfarin.

Indicazioni terapeutiche del Cotrimossazolo

Inibenti la sintesi della parete cellulare

Parete cellulare nelle specie Gram+ e Gram-

Inibenti la sintesi della parete cellulare E’ il principale gruppo di antibiotici; all’interno di questa categoria i più importanti sono la penicillina, le cefalosporine, la bacitracina, la vancomicina ed altri più recenti. Inibiscono il processo di costruzione del peptidoglicano un indispensabile componente della parete cellulare dei batteri (in particolare di quelli Gram+). La penicillina è il più rappresentativo degli antibiotici e se ne considerano due categorie: naturale e semisintetica. Quella naturale è ricavata direttamente da muffe. Le seconde sono prodotte artificialmente o derivate dalla penicillina naturale per modifica o aggiunta di radicali in grado di conferire nuove proprietà all’antibiotico aumentandone lo spettro d’azione comprendendo anche i batteri Gram-. Le cefalosporine sono una classe di antibatterici prodotti da un fungo marino che presentano uno spettro d’azione battericida simile alla penicillina semisintetica. Questi antibiotici, le penicilline e le cefalosporine, vengono chiamati b-lattamici.

Formula di struttura della Penicillina G Anello beta lattamico Punto di idrolisi dalle beta-lattamasi (resistenza batterica) Gli antibiotici beta-lattamici inibiscono la sintesi del peptidoglicano, e bloccano la sintesi della parete batterica. Sono antibiotici battericidi. Hanno pochi effetti sui batteri a riposo, sono letali per i batteri in fase di moltiplicazione, poichè le pareti batteriche non ben sintetizzate non permettono la vita dei batteri in condizioni ipotoniche.

Indicazioni della penicillina G

Betalattamine e reazioni allergiche INCIDENZA REAZIONI ALLERGICHE PENICILLINA 1-10% dei trattati CEFALOSPORINE 0,9-3,2% dei trattati INCIDENZA REAZIONI ANAFILATTICHE PENICILLINA 1/10.000 trattati morte 1/50.000 - 1/100.000 CEFALOSPORINE non determinata, ma definita molto rara REATTIVITA’ CROCIATA Reazioni allergiche alle CEFALOSPORINE in pazienti allergici alla PENICILLINA: 4-15% Ipersensibilità e manifestazioni allergiche con rash cutanei, dermatiti, fino a shock anafilattico. Le penicilline e i loro prodotti catabolici possono legarsi alle proteine e funzionare da apteni, stimolando la formazione di anticorpi. Allergia crociata tra penicilline e cefalosporine.

Effetti indesiderati delle penicilline TIPO DI EFFETTO INCIDENZA % Reazioni locali (uso parenterale) 5-30 Disturbi gastroenterici (uso orale) 5-20 Tossicità immunoimmediata (esantemi, dermatite esfoliativa, anemia emolitica, eosinofilia, febbre) 0,7-10 Shock anafilattico 0,004-0,04 Disordini dell’emostasi (alterazioni fattori coagulazione, trombocitopenia) Rara Nefrotossicità (insuff. renale oligurica e non) Epatotossicità (aumento transaminasi sieriche) 0,002-5 Neurotossicità (eccitazione, tremori, mioclonie, allucinazioni, convulsioni) Dose dipendente

L’ampicillina (Amplital) è attiva nei confronti di alcuni batteri Gram+ e Gram-, ma è inattivata dalle penicillinasi. Quasi tutti gli stafilococchi, il 50% dei ceppi di E. coli e il 15% dei ceppi di Haemophilus influenzae sono resistenti. L’eventualità di resistenza dovrebbe quindi essere considerata prima di scegliere l’ampicillina per il trattamento delle infezioni; in particolare, non dovrebbe essere impiegata per i pazienti ricoverati senza prima aver fatto un antibiogramma che ne dimostri l’efficacia in vitro. L’ampicillina può essere somministrata per bocca, ma ha bassa biodisponibilità, e l’assorbimento è ridotto dalla presenza di cibo. L’amoxicillina (Velamox, Zymox) è un derivato dell’ampicillina e ha uno spettro antibatterico simile. Per bocca è assorbita meglio dell’ampicillina e mostra concentrazioni plasmatiche e tessutali più alte; inoltre l’assorbimento non è influenzato dalla presenza di cibo nello stomaco.

Associazione amoxicillina e acido clavulanico L’associazione amoxicillina e acido clavulanico (Augmentin) consiste nell’unione di una penicillina con un inibitore delle betalattamasi. L’acido clavulanico da solo non ha un’attività antibatterica significativa ma, inattivando le betalattamasi, non permette la degradazione degli antibiotici che normalmente sono un substrato di questo enzima. L’associazione dovrebbe essere riservata al trattamento di infezioni probabilmente o certamente causate da ceppi resistenti all’amoxicillina produttori di betalattamasi.

Cefalosporine Le cefalosporine (Cefacloro, Cefalexina) sono antibiotici ad ampio spettro usati per il trattamento di setticemia, polmonite, meningite, infezioni delle vie biliari, peritonite e infezioni delle vie urinarie. Hanno tutte uno spettro antibatterico simile, nonostante i singoli farmaci abbiano un’attività differente nei confronti di alcuni microrganismi. La farmacologia delle cefalosporine è simile a quella delle penicilline, con un’escrezione in prevalenza renale. Le cefalosporine penetrano in modo scarso nel liquido cerebrospinale a meno che le meningi non siano infiammate; la cefotaxima è comunque utilizzabile per le infezioni del sistema nervoso centrale (per esempio la meningite). L’effetto indesiderato principale delle cefalosporine è l’ipersensibilità; circa il 10% dei pazienti allergici alle penicilline lo è anche alle cefalosporine. Ad alcune cefalosporine sono state associate emorragie causate da un’interferenza con i fattori della coagulazione.

Attivi sulla membrana batterica Ne fanno parte le polimixine, nistatina e amfotericina B. Sono antibiotici battericidi che agiscono sulla membrana batterica rendendola più debole e facendo quindi fuoriuscire il contenuto cellulare con la conseguente morte del batterio. Alcuni di questi antibiotici sono sostanze abbastanza tossiche e perciò se ne consiglia un uso locale. La polimixina può essere utilizzata per via sistemica in caso di gravi infezioni quali la sepsi.

Inibitori la sintesi proteica Vi appartengono antibiotici antisettici, fanno parte a questo gruppo il cloramfenicolo, le tetracicline, i macrolidi (eritromicina, claritromicina, azitromicina) e gli aminoglicosidi (gentamicina, amikacina, neomicina, tobramicina). Sono gli antibiotici più largamente utilizzati per le infezioni batteriche; essi vanno a colpire i batteri inibendo la sintesi delle proteine. Più precisamente vanno ad impedire che le informazioni genetiche contenute nell’RNAm vengano tradotte nei ribosomi e vadano a formare la catena di aminoacidi. L’antibiotico più rappresentativo di questa categoria è la streptomicina che ha la caratteristica di essere attiva sui batteri resistenti alla penicillina e ai sulfamidici. Il cloramfenicolo, l’eritromicina e le tetracicline sono antibiotici con un largo spettro di azione che colpiscono batteri sia Gram+ che Gram-, in particolare l’eritromicina è attiva su gran parte dei batteri resistenti alla penicillina e alla streptomicina, e le tetracicline non hanno effetto sui batteri dei generi Proteus, Pseudomonas e Salmonella.

Bersagli ribosomiali di antibiotici RIBOSOMA 70S RIBOSOMA 80S (procariotico) (eucariotico) TETRACICLINE AMINOGLUCOSIDI 30 S 40 S CLORAMFENICOLO ERITROMICINA CICLOEXIMIDE PUROMICINA 50 S 60 S

Aminoglicosidi Prodotti dagli actinomicetei (batteri del terreno) o derivati semi-sintetici. Attivi sui Gram- Streptomicina Kanamicina Neomicina Gentamicina Il ribosoma batterico a 70S differisce da quello eucariotico a 80S. Gli aminoglicosidi si legano alla subunità 30S del ribosoma batterico e interferiscono col complesso di iniziazione causando lettura sbagliata del mRNA.

Tetracicline Sono prodotti naturali derivati da attinomiceti del suolo, o derivati semisintetici Clortetracicline (Aureomicina) Oxytetracicline (Terramicina) Doxicicline Le tetracicline si legano alla subunità 30S del ribosoma batterico. Prevengono il trasferimento degli aminoacidi attivati al ribosoma, terminando la sintesi proteica. Sono assorbite in modo incompleto dopo somministrazione orale. Tuttavia l’assunzione di questi farmaci con il lette e derivati fa diminuire l’assorbimento a causa della formazione di chelati non assorbibili. Chelati si formano anche con altri cationi.

Applicazioni terapeutiche delle tetracicline

(proteine di trasporto) La tossicità selettiva delle tetracicline come risultante di una elettiva concentrazione nella cellula batterica BATTERIO Trasporto attivo (proteine di trasporto) Diffusione passiva TETRACICLINE Diffusione passiva CELLULA ANIMALE

Principali effetti tossici delle tetracicline BERSAGLIO TIPO Apparato gastrointestinale Neusea, vomito, diarrea, stomatite, glossite, proctite Fegato Tossicità letale Rene > azotemia, sindrome di Fanconi, diabete insipido nefrogenico Cute Fototossicità, onicolisi, rash Denti Colorazione, disgenesie Ossa Diminuzione temporanea accrescimento Sangue Anemia, neutropenia, eosinofilia, ritardata coagulazione Metabolismo Effetti catabolici Superinfezioni Candida, stafilococchi resistenti e batteri Gram-negativi Allergia Rash, orticaria, reazioni anafilattiche, edema angioneurotico Vari > pressione endocranica, vertigini (minociclina)

Macrolidi Anche i Macrolidi sono prodotti naturali degli attinomiceti o sono derivati semi-sintetici. Si legano alla subunità 50S del ribosoma batterico e bloccano l’uscita della catena peptidica in formazione. Eritromicina azitromicina (Zithromax®), claritromicina (Biaxin®) sono macrolidi prescritti comunemente. Classificazione dei macrolidi in uso clinico Semisintetici Roxitromicina Claritromicina Fluritromicina Diritromicina Azitromicina Miocamicina Rokitamicina Naturali Eritromicina Oleandomicina Spiramicina Josamicina Midecamicina

Applicazioni terapeutiche dei macrolidi Interazioni farmacocinetichedell’eritromicina

Effetti indesiderati dei macrolidi DISTURBI dolori addominali, diarrea, GASTROENTERICI (E 28%; R 3,1%; A 9,6%; C 8,7%) flatulenza, nausea, vomito, REAZIONI ALLERGICHE (0,5%) eruzioni cutanee EPATOTOSSICITA' epatite colostatica OTOTOSSICITA' tinnito, sordità temporanea somministrazione REAZIONI LOCALI parenterale

Fluorochinoloni I fluorochinoloni bloccano l’azione dell’enzima batterico DNA girasi che apre l’elica di DNA batterico quiando l’elica viene aperta in preparazione di replicazione, trascrizione o riparazione. Gli Eucarioti non hanno la DNA girasi. Entrano nelle cellule batteriche mediante l’azione di porine. Ciprofloxacin (Cipro®), levofloxacin moxifloxacin Cipro è l’antibiotico di scelta per chi è stato esposto all’antrace, anche se altri antibiotici sembrano ugualmente efficaci.

Applicazioni terapeutiche dei fluorochinoloni

Inibenti il metabolismo degli acidi nucleici (DNA & RNA): sono particolari antibiotici che interferiscono con il metabolismo degli acidi nucleici sia delle cellule batteriche, sia delle cellule dell’organismo ospite. Per questo motivo sono tossici anche per l’uomo e quindi vengono raramente utilizzati. Di questo gruppo fanno parte due tipi di antibiotici: inibenti la sintesi del DNA: gli antibiotici che fanno parte di questo gruppo, come la mitomicina, agiscono impedendo che nella cellula avvenga il processo di duplicazione del DNA; inibenti la sintesi dell’RNA: gli antibiotici di questo gruppo, come l’actinomicina e la rifampicina, agiscono impedendo che nella cellula abbia luogo la trascrizione del DNA, il processo durante il quale le informazioni genetiche del DNA vengono trascritte sotto forma di RNA. In quest’ultima categoria l’unico antibiotico a non risultare tossico per l’uomo è la rifampicina (utilizzata nella tubercolosi), in quanto inibisce la sola RNA-polimerasi batterica, l’enzima che nei batteri dà luogo alla trascrizione del DNA.

Meccanismo d’azione dei principali antimicrobici Classe di antimicrobici Meccanismo d’azione β-lattamici (penicilline, cefalosporine, ecc.); Peptidici (vancomicina, teicoplanina, bacitracina) -Inibizione transpeptidasi, e legame PBP alterazione struttura parete cellulare e lisi; - inibizione sintesi parete cellulare (vari mecc.) Polipeptidi ciclici (polimixina) Alterazione della membrana cellulare Chinolonici (Ciprofloxacina, ac. Nalidissico) Inibizione replicazione DNA per interazione con DNA girasi e topoisomerasi IV (continua)

Meccanismo d’azione dei principali antimicrobici Classe di antimicrobici Meccanismo d’azione Tetracicline Blocco sintesi proteica per legame subunità ribosomiale 30S Macrolidi (Eritromicina, Claritromicina) Blocco sintesi proteica per legame subunità ribosomiale 50S Amminoglicosidi (Streptomicina, neomicina, gentamicina) Blocco subunità ribosomiale 30S ed errori nella traduzione mRNA proteica (continua)

Meccanismo d’azione dei principali antimicrobici Classe di antimicrobici Meccanismo d’azione In.sintesi ac. nucleici (Sulfamidici) (Trimetoprim) In. sintesi tetraidrofolico In.diidropteroato sintetasi; In.deidrofolato reduttasi Rifamicine (rifampicina) Inibizione sintesi RNA per DNA-RNA polimerasi Nitroimidazoli (Metronidazolo) Danni sul DNA

β-lattamine, aminoglicosidi, Tetracicline β-lattamine,sulfamidici, macrolidi

MECCANISMI DI CHEMIORESISTENZA BATTERICA MODIFICA DEL BERSAGLIO Betalattamine Macrolidi Cotrimoxazolo Glicopeptidi Fluorochinoloni RIDOTTA PERMEABILITA’ (porine, efflusso) Tetracicline Aminoglucosidi INATTIVAZIONE ENZIMATICA

Meccanismi di sviluppo della “resistenza” ai farmaci antimicrobici Uso improprio dei farmaci in medicina umana e veterinaria; Uso improprio di farmaci per scopi non terapeutici.

Uso improprio di farmaci antimicrobici per scopi non terapeutici

Uso improprio di farmaci antimicrobici in medicina umana e veterinaria Antibiotico inadeguato; Dose inefficace o scarsamente efficace; Durata della terapia non congrua con l’abbattimento della popolazione patogena; Uso inadeguato di antimicrobico in assenza di elementi clinici e/o epidemiologici di infezione; Uso di antimicrobici in profilassi in quelle condizioni in cui non ne è documentata l’efficacia.

Antibiotic resistance spread in food Nutritive and therapeutic treatment of farm animals with antibiotics, amounting to half of the world's antibiotic output, has selected for resistant bacteria that may contaminate the food produced. Antibiotic-resistant enterococci and staphylococci from animals are found in food when they survive the production processes, as in raw cured sausages and raw milk cheeses. When analysed in 1991 and 1995, this cheese brand had also contained different enterococci resistant to tetracycline, chloramphenicol, gentamycin, penicillin, erythromycin, lincomycin and vancomycin This cheese was the source of a Listeria monocytogenes epidemic in 20 patients in 19955……….. To preserve the life-saving potential of antibiotics, the spread of resistance genes at all levels must be stopped. Distribution routes like those between animals, food and consumers have to be interrupted. In this example, it could be achieved by using pasteurized milk for cheese making. The situation might also be helped by stopping the inappropriate use of the selective antibiotics in animal husbandry…… VINCENT PERRETEN, FRANZISKA SCHWARZ, LUANA CRESTA, MARIANNE BOEGLIN, GOTTFRIED DASEN & MICHAEL TEUBER Laboratory of Food Microbiology, Department of Food Science, Swiss Federal Institute of Technology, ETH-Zentrum, CH8092 Zurich, Switzerland e-mail: teuber@ilw.agrl.ethz.ch Nature 389, 801 - 802 (1997)

Efficacia clinica di un farmaco CHEMIOTERAPICO a) Tipo di meccanismo d'azione b) Distribuzione agente antimicrobico nella sede di infezione c) Raggiungimento di concentrazioni efficaci (>MIC) per tempi adeguati d) Acquisita resistenza delle specie microbiche farmaco-sensibili

Chemioprofilassi antimicrobica preoperatoria in chirurgia Fattori di prevenzione delle infezioni secondarie da intervento chirurgico: Tecnica operatoria; Selezione del paziente; Immunocompetenza dell’ospite; Entità contaminazione batterica nel campo operatorio; Adeguati livelli tissutali di antimicrobici (>MIC) attivi nei confronti di agenti batterici più frequentemente responsabili di infezione delle ferite operatorie per ciascun tipo di intervento chirurgico.

Rischio di complicanze infettive in funzione del tipo di chirurgia Otorinolaringoiatra Gastrica Colorettale Urologica Ginecologica Ortopedica Infezione % Ferita a distanza 10 10 17 30 23 47 12 37 8 25

Chemioprofilassi antimicrobica in chirurgia Perchè….. Rischio di infezione >5% Estrema gravità delle complicanze Pazienti immunodepressi

Chemioprofilassi antimicrobica in chirurgia ……….con quale farmaco ideale. Largo spettro; Bassa tossicità ed alta tollerabilità; Parametri farmacocinetici favorevoli (alta penetrabilità nei tessuti, lunga emivita); Battericida dose-dipendente;

Chemioprofilassi antimicrobica in chirurgia …………e quando….. Somministrazione subito prima dell’intervento (1 h).

Chemioprofilassi antimicrobica in chirurgia

(inibitori del ribosoma 50S) (inibitori del ribosoma 30S) Sintesi della parete Duplicazione del DNA (DNA girasi) RNA polimerasi DNA-dipendente Sintesi proteica (inibitori del ribosoma 50S) Metabolismo dell’acido folico Sintesi proteica (inibitori del ribosoma 30S) Membrana cellulare