FARMACI ANTI-MALARICI

Genere Anopheles Plasmodium sporozoites (green) are deposited under the skin of the vertebrate host through the bite of an infected female Anopheles mosquito. After injection into the skin, the sporozoites move through the dermis until they contact blood vessels (red) and move into the circulatory system, which allows them to travel to the liver. A small proportion of sporozoites can enter the lymphatic system (yellow).

Section of mosquito showing oocysts(1) and sporozoites(2)

CICLO VITALE DI P. falciparum http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072437316/student_view0/chapter28/animations.html

a | Sporozoites, Plasmodium cells that develop in the mosquito's salivary glands, enter the skin of the host as the female mosquito probes for blood. b | Sporozoites reach the liver through the blood vasculature and the lymphatic system. The minimum time taken by the parasite to reach the liver after sporozoite deposition in the skin is usually in the order of minutes, but it can extend to hours. In the liver, the parasite traverses different cells, including Kupffer cells and hepatocytes, before settling and developing in a hepatocyte. Here, it undergoes a process of asexual replication to give rise to a schizont. The obligatory hepatic phase is the only time in the life cycle of the parasite in which it invades and develops in a nucleated host cell. Maturation of the hepatic parasite can be completed in a few days or a few weeks, depending on the parasite species, and occurs asynchronously such that the release of merozoites (the invasive forms that result from the parasite's asexual reproduction) into the bloodstream occurs over many days (top panel) leading to the primary infection. Some Plasmodium vivax and Plasmodium ovale sporozoites are predestined to develop into hypnozoites (non-dividing hepatocytic forms), which can remain latent in the liver for months to years before resuming development that leads to relapse infections (lower panel). The triggers that activate the maturation of hypnozoites are unknown. Potential anti-liver stage drugs could target sporozoite motility, hepatocyte invasion, maturation in hepatocytes or the egress of merozoites from the mature hepatic schizont. c | Merozoites invade red blood cells and divide mitotically to form an erythrocytic schizont. These merozoites can reinfect fresh erythrocytes, giving rise to a cyclical blood stage infection with a cycle length of 48–72 hours, depending on the Plasmodium species. As yet unknown factors trigger a subset of developing merozoites to differentiate into male and female gametocytes. Sporozoites are the culmination of the sexual phase of the life cycle that is initiated when the mosquito ingests gametocytes with the blood meal.

Once the sporozoites (green) reach the liver sinusoids, they glide over the endothelium and interact with heparan sulphate proteoglycans (HSPGs) from hepatocyte and stellate cells. They then cross the sinusoidal layer, possibly through Kupffer cells as shown.

Once the sporozoite (green) has crossed the sinusoidal layer and entered a hepatocyte, it subsequently traverses several hepatocytes until it becomes established in one, in which a parasitophorous vacuole is formed. Each invading sporozoite develops and multiplies inside a hepatocyte, forming the schizont, which is made up of thousands of merozoites.

Section of liver showing a greatly enlarged parenchymal cell full of merozoites.

The final step involves the release of merozoites (green) into the bloodstream. The signal(s) that trigger the release remain unknown. Plasmodium merozoites are released by the formation of merozoite-filled vesicles (merosomes), which bud off from the infected hepatocytes into the sinusoidal lumen.

Erythrocyte invasion by malarial merozoites Erythrocyte invasion by malarial merozoites. Still images from real-time video microscopy of invasion of human erythrocytes by Plasmodium knowlesi; time is denoted in seconds. Free merozoites (arrows, 3.7 s) are released during rupture of mature schizonts. Initial apical contact of a merozoite with the erythrocyte membrane (arrowhead, 3.7 s) is followed by a rapid deformation of the erythrocyte membrane (arrowheads, 5.0 s and 7.2 s). The deformation gradually dissipates (arrowhead, 10.0 s), but the parasite retains a tight apical junction with the target erythrocyte (arrowhead, 15.3 s). Over the next 30–60 s, the parasite gradually enters the erythrocyte (arrowhead, 30 s) to reside in a parasitophorous vacuole.

The different stages of Plasmodium falciparum development. P The different stages of Plasmodium falciparum development. P. falciparum merozoites attach to and invade mature human red blood cells (RBCs) and the parasite develops in a parasitophorous vacuole (PV) through the ring (0–24 hours), trophozoite (24–36 hours) and schizont stages (40–48 hours). In mature-stage parasites (>24 h), membrane-bound structures appear in the RBC cytoplasm and knobby deformations are formed at the RBC membrane. After approximately 48 hours the infected RBC ruptures, releasing 16–32 daughter merozoites. Degradation of haemoglobin results in the deposition of crystals of haemozoin in a digestive vacuole. PfEMP1, Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1.

a | Transmission electron micrograph of a knobby parasite (P)-infected red blood cell (RBC) adhering to the surface of a microvascular endothelial cell (EN). Scale bar is 1 m. b | Detail of the interface between an infected RBC and an endothelial cell showing strands of electron dense connecting material located at knobs (arrows). Note the presence of a Maurer's cleft (MC). Scale bar is 100 nm. Images modified with permission from Ref.

Section of brain showing blood vessels blocked with developing P Section of brain showing blood vessels blocked with developing P. falciparum parasites

+ - + - Forme esoeritrocitiche Ciclo eritrocitico (h) P. vivax terzana benigna 48 + P. malariae quartana 72 - P. ovale 48 + P. falciparum terzana maligna 48 -

MANIFESTAZIONI GRAVI DELLA MALARIA DA P. falciparum Malaria cerebrale/coma Ipoglicemia Acidosi lattica Edema polmonare non cardiogenico Compromissione renale Anomalie ematologiche Disfunzione epatica

FATTORI CHE RENDONO COMPLESSO LO SVILUPPO DI UN VACCINO ANTI-MALARICO Dimensioni e complessità genetica del parassita Presenza di parassiti in diversi stadi del ciclo vitale Sviluppo di strategie in grado di “confondere” il sistema immunitario dell’ospite Possibilità di infezione contemporanea da parte di più ceppi

Illustration of “Kinquina” from Pierre Pomet, Histoire generale des drogues. Paris: Jean Baptiste Loyson & Augustin Pillon, 1694, p. 132.

Inflorescence of Cinchona pubescens (upper left) Province of Carchi, Ecuador Bark samples (quinine bark) of various species of Cinchona Fruits of Cinchona succirubra  

FARMACI ANTI-MALARICI

Chinina e chinidina Meccanismo d’azione: Inibizione della polimerizzazione dell’eme Meccanismo di resistenza: Aumento dell’estrusione Effetti collaterali: cinconismo (nausea, vertigini, tinnito, cefalea, annebbiamento della vista) liberazione di insulina  effetto ipoglicemizzante complicanze cardio-vascolari eccitabilità del muscolo scheletrico reazioni di ipersensiblità (Blackwater fever)

Clorochina Meccanismo d’azione: Inibizione della formazione di emozoina Meccanismo di resistenza: Accumulo del farmaco nel vacuolo alimentare, generalmente per mutazioni del gene pfcrt (spesso accompagnata da mutazioni del gene pfmdr1) Effetti collaterali rari alle dosi terapeutiche Altri effetti Azione anti-infiammatoria

Figura 37 - 2. Meccanismi proposti per spiegare il metabolismo dell’eme nel vacuolo alimentare del plasmodio. Il plasmodio della malaria possiede un vacuolo alimentare specializzato che mantiene un ambiente intravacuolare acido per azione di una ATPasi protonica localizzata nella membrana del vacuolo. All’interno del vacuolo, l’emoglobina umana viene utilizzata come nutrimento, in seguito alla degradazione proteolitica negli aminoacidi componenti da parte di numerosi enzimi del plasmodio, incluse plasmepsine, falcipaina e falcilisina. Gli aminoacidi protonati vengono quindi rimossi dal vacuolo alimentare ad opera del trasportatore PfCRT. La degradazione dell’emoglobina porta anche al rilascio di eme (ferriprotoporfirina IX). La ferriprotoporfirina IX libera può interagire con l’ossigeno formando anione superossido (O2-); enzimi di difesa ad azione antiossidante, che possono comprendere superossido dismutasi e catalasi derivate dal plasmodio, trasformano il superossido potenzialmente tossico in H2O (non mostrato). Il plasmodio polimerizza la ferriprotoporfirina IX,dando luogo al derivato non tossico emozoina; la polimerizzazione sembra richiedere l’intervento di proteine cariche positivamente ricche di istidina (non mostrato). L’atomo di ferro della ferriprotoporfirina IX può anche essere ossidato dallo stato ferroso (Fe2+) allo stato ferrico (Fe3+), con contemporanea produzione di perossido di idrogeno (H2O2). Si ritiene che molti agenti antimalarici agiscano interferendo con il metabolismo dell’eme nel plasmodio; tra i meccanismi d’azione proposti per questi farmaci sono compresi l’inibizione della polimerizzazione dell’eme, un aumento della produzione di specie ossidanti e l’interazione con l’eme con formazione di metaboliti citotossici. La figura mostra l’inibizione della polimerizzazione della ferriprotoporfirina IX da parte della clorochina.

RESISTENZA ALLA CLOROCHINA

FARMACI ANTI-MALARICI MECCANISMO: inibizione della polimerizzazione dell’eme; formazione di complessi tossici con l’eme cardiotossicità neurotossicità

FARMACI ANTI-MALARICI

FARMACI ANTI-MALARICI Sulfadoxina + = FANSIDAR

FARMACI ANTI-MALARICI Cl Sulfadoxina + Chlorproguanil = LAPDAP

FARMACI ANTI-MALARICI MECCANISMO: conversione a specie elettrofile  generazione di ROS TOSSICITÀ: anemia emolitica in individui con deficit di G6PDH

FARMACI ANTI-MALARICI MECCANISMO: Effetti mitocondriali (inibizione della citocromo c reduttasi) TOSSICITÀ: Disturbi GI e reazioni cutanee

Figura 37 – 3. La catena di trasporto degli elettroni nel plasmodio della malaria. La catena di trasporto degli elettroni consiste di una serie di passaggi ossidoriduttivi che culminano con la cessione di elettroni all’ossigeno e la concomitante formazione di acqua. Nel plasmodio, la catena di trasporto degli elettroni funge da accettore di elettroni forniti dalla diidroorotato deidrogenasi (DHOD), un enzima essenziale per la sintesi delle pirimidine nel plasmodio. In questa cascata, l’ubichinone ridotto (Q) trasferisce elettroni al complesso del citocromo bc1 (Cyt bc1), che quindi li trasferisce al citocromo c (Cyt c) e infine alla citocromo c ossidasi (Cyt c ossidasi). In una riduzione a 4 elettroni dell’ossigeno molecolare (mostrata qui come una mezza reazione), la citocromo c ossidasi cede elettroni all’ossigeno per formare acqua. Questa catena di trasferimento elettronico comporta anche il trasporto attivo di protoni attraverso la membrana mitocondriale da parte del Cyt bc1 e della Cyt c ossidasi; il gradiente elettrochimico che ne deriva viene sfruttato per la produzione di ATP (non mostrato). L’atovaquone antagonizza l’interazione tra ubichinone e complesso del citocromo bc1 del plasmodio, bloccando così la sintesi delle pirimidine attraverso l’inibizione della rigenerazione della DHOD ossidata.

Qinghaosu (ARTEMISININ)

FARMACI ANTI-MALARICI

Artemisinina e derivati Meccanismo d’azione: Attivazione da parte del Ferro e attacco a componenti macromolecolari

Artemisinina e derivati Meccanismo d’azione: Attivazione da parte del Ferro e attacco a componenti macromolecolari Meccanismo di resistenza: Non si sono ancora osservati ceppi resistenti Effetti collaterali: Non si sono riscontrati effetti collaterali nell’uomo

ACTs: artemisinin-based combination therapies

ACTs: artemisinin-based combination therapies

Strenghts Activity against all asexual blood stages of the parasite High parasite killing rates per intra-erythrocytic cycle Rapid parasite and fever clearance High efficacy against chloroquine-resistant and sulphadoxine–pyrimethamineresistant strains Low adverse-event levels Gametocytocidal activity resulting in transmission-blocking activity

Weaknesses Lack of activity against the hypnozoite stage of Plasmodium vivax, so they do not result in a radical cure of the malaria caused by this species Lack of causal prophylactic activity and the short half-life of artemisinin derivatives means that their use in prophylaxis is contraindicated The potential for a mismatch in pharmacokinetics between partner drugs, which enhances the risk of resistance generation: the artemisinin derivative is protected from the rapid development of resistance as it circulates in the presence of the long-lived component, but the long-lived component is not protected by the artemisinin

CLASSIFICAZIONE DEI FARMACI ANTIMALARICI IN BASE ALL’ATTIVITÀ Farmaci utilizzati per la cura clinica o soppressiva (schizonticidi ematici): derivati chinolinici 4-aminochinoline alofantrina e lumefantrina antifolati antibiotici artemisinina e derivati atovaquone Farmaci utilizzati per la cura radicale (schizonticidi tessutali): primachina Farmaci utilizzati per impedire la trasmissione dell’infezione (gametocidi): primachina pirimetamina proguanile Farmaci utilizzati per la profilassi: gli stessi del punto (1)

FATTORI CHE CONTRIBUSCONO ALL’AUMENTO DEI CASI DI MALARIA Farmacoresistenza Resistenza agli insetticidi Guerre e altri fattori di carattere geo-politico Cambiamenti nelle condizioni ambientali Cambiamenti climatici Viaggi Aumento della popolazione

NUOVI SVILUPPI NEI METODI DI CONTROLLO DELLA MALARIA Controllo dei vettori Interruzione del contatto uomo-vettore Trattamento intermittente della malaria in gravidanza Trattamento intermittente nei bambini Miglioramento nell’accesso ai trattamenti Miglioramento della compliance Sviluppo di forme farmaceutiche alternative Terapie combinate

CARATTERISTICHE IDEALI DI NUOVI FARMACI ANTIMALARICI Azione rapida Somministrabile per via orale Mancanza di tossicità Basso costo Assenza di resistenza crociata con farmaci già in uso

Generalized chemical structure of dual-function acridone derivatives. The rigid tricyclic aromatic acridone core promotes – stacking for haem binding. The side-chain attachment at the central nitrogen atom provides a hydrogen bond acceptor needed for the chemosensitization function, and, together with the side chain at position 6, facilitates accumulation in the digestive vacuole (DV) via acid trapping. JX Kelly et al. Nature 000, 1-4 (2009) doi:10.1038/nature07937