8 Polymyxiny
Polymyxiny jsou třída kationtové cyklické decapeptides vyznačuje přítomností pěti kladně nabité amine zbytků, z di-amino máselná kyselina (Dab) a lipofilní ocas, jak je znázorněno ve struktuře polymyxin B1 (50). Vykazují silnou aktivitu proti gramnegativním bakteriím a byly poprvé použity klinicky v roce 1950, ale použití bylo omezeno zprávami o toxicitě, zejména nefrotoxicitě. V posledním desetiletí však s rostoucí prevalencí gramnegativních bakterií rezistentních na více léčiv došlo k oživení používání polymyxinů jako léků poslední instance .
existuje mnoho nevýhod současné léčby polymyxinem. Nejčastější příprava v klinické použití je proléčivo Polymyxin E (Kolistin) (51) známý jako CMS (Colistin metanu sulfonát), který byl vyvinut v roce 1960 jako méně toxická forma dávkování. Nicméně, jako proléčivo s pěti sulfonylovanými aminoskupinami, farmakokinetika je komplikovaná a není dobře pochopena. Polymyxin B je podáván jako sulfátová sůl pomalou infuzí k překonání akutních toxikologických účinků, ale obavy z nefrotoxicity vedou k suboptimálnímu dávkování. „Druhé generace“, polymyxin s lepší terapeutický index, a dávkování vyvinut s moderní PK–PD metodika by být výhodné kromě zbrojnice proti multi-rezistentních Gram-negativních infekcí.
způsob působení polymyxinů není zcela objasněn. Polymyxiny se vážou a narušují negativně nabitý lipopolysacharid (LPS) vnější membrány gramnegativních bakterií, což umožňuje průchod polymyxinu (a dalších léčiv) do periplazmatického prostoru. Ačkoli polymyxiny jsou kationtové amfifilní molekuly, vazba a rozpoznávání na vnější membránu je specifická. Odstranění mastných-acyl řetězce a aminokyseliny 1 vede k polymyxin B nonapeptide (PMBN, (52)), které, i když výrazně méně aktivní než polymyxin B, zachovává schopnost permeabilise vnější membrány Gram-negativních bakterií. Enantiomer pmbn však není permeabilizátorem . Byl navržen model vazby polymyxinu na vysoce konzervovaný hydrofobní lipid a LPS, založený na NMR studiích polymyxinu v komplexu s LPS. V tomto modelu pozitivně nabité aminy interagují s fosfáty LPS, zatímco lipofilní ocas a lipofilní aminokyselina 6-7 oblasti jádra interagují s lipidovým ocasem LPS. Bylo prokázáno, že některé deriváty polymyxinu bez významné antibakteriální aktivity se váží na LPS a permeabilizují bakterie působením jiných antibiotik .
strukturou a aktivitou vztahy polymyxiny byla komplexně přezkoumána v roce 2010 a od té doby došlo k dalšímu vývoji v lékařské chemie a pre-klinických zkoušek zaměřena jak na snížení toxicity a zvýšení úrovně činnosti, zejména proti nově vznikající rezistentní kmeny.
Polymyxins exhibit nephrotoxicity at levels close to the therapeutic dose, as well as a number of poorly characterised acute toxicological effects. Mechanismus nefrotoxicity je v současné době v šetření , nicméně, to je věřil být ve vztahu k kationtové povahy molekuly a akumulace v renální proximální tubulární epiteliální buňky, s vychytávání zprostředkované multi-ligand receptor megalin . Cytotoxicita byla stanovena v buněčných typů, v nichž se droga hromadí, například lidské renální proximální tubulární (HK-2) buňky nebo proximálního tubulu epitelu (hodnota ptec) buněk, a může zahrnovat poškození mitochondrií, nebo zapojení reaktivní formy kyslíku.
v posledních letech byla provedena řada přístupů ke snížení toxicity a zlepšení terapeutického indexu polymyxinů. Celková syntéza nových derivátů polymyxinu, prostřednictvím syntézy peptidů v pevné fázi, byla hlavní cestou, umožňující manipulaci v jakémkoli bodě struktury polymyxinu. Semi-syntéza od polymyxin sám má také intenzivně využívané, kreslení na schopnosti různých enzymů selektivně štěpit lipofilní ocas a tripeptid řetězce na konkrétní pozice. Bylo také dosaženo selektivní ochrany koncových aminoskupin zbytků DAB, což umožňuje polosyntézu různých derivátů nonapeptidu.
To bylo hlásil, že odstranění lipofilních ocas a aminokyselin 1 opustit polymyxin B nonapeptide (PMBN) (52) vede k významnému snížení nefrotoxicity a antibakteriální aktivitu při zachování schopnost molekuly permeabilise bakterií na akce jiných antibiotik. Toto snížení toxicity nedávno bylo potvrzeno in vivo studiemi u AstraZeneca , ve kterém histopatologické vyšetření odhalilo pozoruhodné změny v ledvinách potkanů léčených kolistinem, ve srovnání s těmi, kteří byli léčeni PMBN nebo řízení vozidla.
V sérii derivátů chybí mastné-acyl řetězce, Katsuma a spolupracovníci vyšetřovali Pseudomonas-specifické polymyxin analogy . Výměna mastné-acyl řetězce a aminokyseliny 1 polymyxin s všechny základní zbytků, jako jsou Dab-Dab-Dab-řetězce (53a), vyústila v silný a selektivní Pseudomonas aktivitu in vitro, ale s zvýšené akutní toxicity u myší. Malé hydrofilní aminokyselin v N-terminální (di-amino kyselina propionová kyselina (Dap), nebo serin) (53b,c) za následek Pseudomonas aktivity in vitro srovnatelná s polymyxin B sám. Analog Dap (53b) vykazoval 4,9 krát nižší akutní toxicitu než polymyxin B u myší. Účinek na toxicitu ledvin nebyl v této sérii hlášen.
přístup severních antibiotik ke snížení toxicity derivátů polymyxinu byl snížení počtu pozitivních nábojů v molekule. Ačkoli Dab-rezidua v cyklické části polymyxin se ukázaly být rozhodující pro oba LPS závazné a pro následné antibakteriální aktivitu , vazbou na LPS může ještě probíhat v analogů chybí amine reziduí v lineární části peptidu . Takové deriváty mohou působit jako permeabilizátory vůči jiným antibiotikům a některé mají aktivitu samy o sobě proti užšímu spektru organismů. Příklady zahrnují nonapeptidy NAB-7061 (54a) s aminobutyrátem v poloze 3 a NAB-739 (54b) S d-serinem v poloze 3. Oba si zachovávají schopnost polymyxinu permeabilizovat vnější membránu a působí synergicky s jinými antibiotiky. Jak NAB-7061, tak nab-739 vykazovaly nižší afinitu (cca. o pětinu nižší) pro kartáčovou okrajovou membránu renální kůry než polymyxin, jak bylo prokázáno radioaktivně značeným gentamicinem. NAB-739 prokázala nižší cytotoxicitu v buněčné linii HK-2 s hodnotami IC50 přibližně 26krát menšími než polymyxin B. NAB-739 také prokázal antibakteriální aktivitu in vitro i in vivo. Zatímco in vitro profilování vykazovaly dobrou aktivitu proti E. coli a Klebsiella, aktivita byla snížena ve srovnání s polymyxin proti Pseudomonas druhů. NAB-739 prokázal účinnost v modelu infekce E. coli, dosud však nebyly hlášeny žádné studie toxicity in vivo.
Cubist Pharmaceuticals informovali o snížení toxicity nahrazením lipofilního ocasu polymyxinu arylmočovinou ve sloučenině CB-182,804 (55). Zatím je to jen jeden z nové generace polymyxiny k postupu do I. Fáze hodnocení, po prokázání snížení nefrotoxicity v cynomolgous opice .
Pfizer nedávno uvedl, syntézu různých polymyxin deriváty, ve které Dab-3 lineární část aminokyselinový řetězec byl nahrazen di-amino kyseliny propionové Dap , které bylo hlášeno zvýšení antibakteriální aktivity. Řadu biaryl terminál skupiny byly zkoumány závěru, že sloučeniny s více polárních postranních řetězců, měřeno ClogD byly méně cytotoxické proti hRPTEC ledvin buněčné linie, ale obecná tendence ke snížení antibakteriální účinnosti. Nicméně, jeden konkrétní Pfizer sloučenina, 5x (56), kde lipofilní ocas polymyxin byl nahrazen polární N-fenyl-pyridon skupinu, ukázala výrazně sníženou in vitro toxicity ve srovnání s polymyxin při zachování aktivity. Sloučenina 5x byla zkoumána in vivo na nefrotoxický potenciál ve srovnání s polymyxinem B u potkanů v 7denní studii. Na úrovni expozice, kdy polymyxin B produkoval nekrotické léze ledvin u každého zvířete (i když minimální) (56), nevykazoval žádný výskyt nekrotických lézí ledvin. U psů však nebylo hlášeno žádné významné bezpečnostní rozpětí (56) oproti polymyxinu B.pochopení vztahu toxicity in vitro k situaci in vivo u polymyxinů je stále překážkou, kterou je třeba překonat.
Cantab antiinfektiva oznámila, že polymyxin nonapeptide deriváty, v nichž acyl řetězec obsahuje polární funkčnost prokázat sníženou toxicitu in vitro a in vivo, při zachování in vivo účinnost . Například sloučenina (57) byla srovnávána s polymyxinem B v modelu infekce stehen u myší E.coli. Celkové dávce 10 mg/kg (i.v., b.jsem.d.) (57) dal 4 log10 snížení bakteriální zátěže oproti neošetřené kontrole, zatímco stejné dávky polymyxin snižuje bakteriální zátěž o 4,8 log10. Podobné výsledky byly získány v rámci Klebsiella pneumoniae model infekce, kde (57) dal podobné snížení bakteriální zátěže (2.3 log10 snížení) kolistin v dávce 10 mg/kg. In vitro byl (57) šestkrát méně cytotoxický než polymyxin, měřeno IC50 proti buněčné linii HK-2. In vivo na krysím modelu nefrotoxicity, (57) dal výrazně nižší úroveň močové biomarkery poškození ledvin (N-acetyl-beta-d-glucosaminidase, albumin a cystatin C) ve srovnání s kolistinem na stejné úrovni dávky.
jiný přístup zaujala skupina na Monash University, která zkoumala modifikace, které vykazují aktivitu proti rezistentním kmenům . Polymyxiny se zvýšenou lipofilitu na aminokyseliny 6 a 7 jádro, a lipofilní řetězec, např. FADDI-02 (58a) a FADD1-03 (58b) vykazují lepší aktivitu proti rezistentním kmenům Pseudomonas aeruginosa a Acinetobacter baumanii, když ve srovnání s polymyxin B. In vitro toxicita není hlášen; nicméně, tyto sloučeniny byly hodnoceny v in vivo modelu nefrotoxicity. Histologické vyšetření ukázalo, žádné léze v těchto FADDI-03 u potkanů při srovnání s pozitivní známky poškození ledvin v polymyxin B léčených zvířat. Tato nižší toxicita byla přičítána vysoké sérové vazbě molekuly, která zabraňuje akumulaci v ledvinách.