8 Polimixinas

Las polimixinas son una clase de decapéptidos cíclicos catiónicos caracterizados por la presencia de cinco residuos de aminas con carga positiva, procedentes del ácido di-amino butírico (Dab), y una cola lipofílica, como se muestra en la estructura de la polimixina B1 (50). Demuestran una potente actividad contra bacterias gramnegativas, y se usaron por primera vez clínicamente en la década de 1950, pero su uso fue limitado por informes de toxicidad, particularmente nefrotoxicidad. Sin embargo, en el último decenio, con la creciente prevalencia de bacterias gramnegativas resistentes a múltiples medicamentos, ha habido un resurgimiento del uso de polimixinas como medicamentos de último recurso .

La terapia de polimixina actual presenta muchos inconvenientes. La preparación más común en uso clínico es el profármaco de Polimixina E (Colistina) (51) conocido como CMS (sulfonato de metano de colistina), que se desarrolló en la década de 1960 como una forma de dosificación menos tóxica. Sin embargo, como profármaco con cinco grupos amino sulfonilados, la farmacocinética es complicada y no se comprende bien. La polimixina B se dosifica como sal de sulfato mediante infusión lenta para superar los efectos toxicológicos agudos, pero las preocupaciones sobre la nefrotoxicidad conducen a una dosificación subóptima. Una polimixina de» segunda generación » con un índice terapéutico mejorado y un régimen de dosificación desarrollado con una metodología moderna de FC-PD serían una adición ventajosa al arsenal contra infecciones gramnegativas resistentes a múltiples medicamentos.

El modo de acción de las polimixinas no se entiende completamente. Las polimixinas se unen e interrumpen el lipopolisacárido (LPS) cargado negativamente de la membrana externa de las bacterias gramnegativas, permitiendo el paso de la polimixina (y de otros medicamentos) al espacio periplasmático. Aunque las polimixinas son moléculas anfifílicas catiónicas, la unión y el reconocimiento a la membrana externa son específicos. La deleción de la cadena de acilo graso y el aminoácido 1 conduce a un no péptido de polimixina B (PMBN, (52)), que aunque es significativamente menos activo que la polimixina B, conserva la capacidad de permeabilizar la membrana externa de las bacterias gramnegativas. El enantiómero de la NMBP, sin embargo, no es un permeabilizador . Se ha ideado un modelo de unión de polimixina al lípido hidrófobo A de LPS altamente conservado, basado en estudios de RMN de polimixina en complejo con LPS. En este modelo, las aminas cargadas positivamente interactúan con los fosfatos de los LPS, mientras que la cola lipofílica y la región 6-7 del aminoácido lipofílico del núcleo interactúan con la cola lipídica de los LPS. Se ha demostrado que ciertos derivados de polimixina sin actividad antibacteriana significativa se unen a los LPS y permeabilizan las bacterias a la acción de otros antibióticos .

Las relaciones estructura–actividad de las polimixinas se revisaron exhaustivamente en 2010 y, desde esa fecha, se han producido nuevos avances en química medicinal e investigaciones preclínicas dirigidas tanto a reducir la toxicidad como a aumentar el nivel de actividad, en particular contra cepas emergentes multirresistentes.

Polymyxins exhibit nephrotoxicity at levels close to the therapeutic dose, as well as a number of poorly characterised acute toxicological effects. El mecanismo de nefrotoxicidad está actualmente bajo investigación, sin embargo, se cree que está relacionado con la naturaleza catiónica de la molécula y la acumulación dentro de las células epiteliales tubulares proximales renales, con captación mediada por el receptor de múltiples ligandos, megalin . La citotoxicidad se ha determinado en los tipos de células en las que se acumula el fármaco, por ejemplo, células tubulares proximales renales humanas (HK-2) o células epiteliales de túbulos proximales (PTEC), y puede implicar daño mitocondrial o la participación de especies reactivas de oxígeno.

En los últimos años, se han adoptado varios enfoques para reducir la toxicidad y mejorar el índice terapéutico de las polimixinas. La síntesis total de nuevos derivados de la polimixina, a través de la síntesis de péptidos en fase sólida, ha sido la ruta principal, permitiendo la manipulación en cualquier punto de la estructura de la polimixina. La semisíntesis a partir de la propia polimixina también se ha utilizado ampliamente, aprovechando la capacidad de varias enzimas para escindir selectivamente la cola lipofílica y la cadena tripéptida en posiciones específicas. También se ha logrado una protección selectiva de los grupos amino terminales de los residuos de Dab , lo que permite la semisintesis de una variedad de derivados del no péptido.

Se ha informado de que la eliminación de la cola lipofílica y del aminoácido 1 para dejar polimixina B nonapéptido (PMBN) (52) conduce a una reducción significativa de la nefrotoxicidad y la actividad antibacteriana, al tiempo que conserva la capacidad de la molécula para permeabilizar las bacterias a la acción de otros antibióticos. Esta reducción de la toxicidad ha sido confirmada recientemente por estudios in vivo en AstraZeneca, en los que la histopatología reveló cambios notables en los riñones de ratas tratadas con colistina en comparación con las tratadas con NMP o control de vehículos.

En una serie de derivados que carecen de la cadena de acilo graso, Katsuma y sus compañeros de trabajo han estado investigando análogos de polimixina específicos de Pseudomonas . La sustitución de la cadena de acilo graso y el aminoácido 1 de la polimixina con todos los residuos básicos, como la cadena Dab-Dab-Dab (53a), dio lugar a una actividad potente y selectiva de Pseudomonas in vitro, pero con un aumento de la toxicidad aguda en el ratón. Un pequeño aminoácido hidrofílico en el terminal N (ácido di-amino propiónico (Dap), o serina) (53b,c)resultó en actividad de Pseudomonas in vitro comparable a la propia polimixina B. El análogo de la Dap (53b) mostró una toxicidad 4,9 veces menor que la polimixina B en el ratón. En esta serie no se ha notificado el efecto sobre la toxicidad renal.

Un enfoque adoptado por los antibióticos del Norte para reducir la toxicidad de los derivados de la polimixina ha sido reducir el número de cargas positivas en la molécula. Aunque se ha demostrado que los residuos de Dab en la porción cíclica de la polimixina son cruciales tanto para la unión a LPS como para la actividad antibacteriana posterior , la unión a LPS todavía puede tener lugar en análogos que carecen de residuos de aminas en la porción lineal del péptido . Estos derivados pueden actuar como permeabilizadores de otros antibióticos y algunos tienen actividad por derecho propio contra un espectro más estrecho de organismos. Los ejemplos incluyen los no péptidos NAB-7061 (54a) con aminobutirato en la posición 3, y NAB-739 (54b) con d-serina en la posición 3. Ambos conservan la capacidad de la polimixina para permeabilizar la membrana externa y actuar sinérgicamente con otros antibióticos. Tanto NAB – 7061 como NAB-739 demostraron afinidades más bajas (aprox. un quinto más bajo) para la membrana del borde del cepillo de la corteza renal que la polimixina, como se demostró en un ensayo de desplazamiento de gentamicina radiomarcada. La NAB-739 demostró una menor citotoxicidad en una línea celular de HK-2 con valores de CI50 aproximadamente 26 veces menores que la polimixina B. El NAB-739 también demostró actividad antibacteriana tanto in vitro como in vivo. Mientras que el perfilado in vitro mostró una buena actividad frente a E. coli y Klebsiella, la actividad se redujo en comparación con la polimixina frente a especies de Pseudomonas. NAB – 739 ha demostrado eficacia en un modelo de infección por E. coli, sin embargo, hasta la fecha no se han notificado estudios de toxicidad in vivo.

Cubist Pharmaceuticals ha informado sobre la reducción de la toxicidad mediante la sustitución de la cola lipofílica de polimixina por una aril urea en el compuesto CB-182.804 (55). Hasta ahora, esta es la única de la nueva generación de polimixinas que progresa a los ensayos de Fase I, después de demostrar una nefrotoxicidad reducida en monos cinomólgos .

Pfizer informó recientemente de la síntesis de una variedad de derivados de polimixina en los que el Dab-3 de la porción lineal de la cadena de aminoácidos fue reemplazado por ácido propiónico di-amino Dap , que se informó que mejora la actividad antibacteriana. Se investigaron una variedad de grupos terminales biarílicos con la conclusión de que los compuestos con cadenas laterales más polares, medidos por la obstrucción, eran menos citotóxicos frente a la línea celular renal hRPTEC, pero tenían una tendencia general a reducir la potencia antibacteriana. Sin embargo, un compuesto Pfizer en particular, 5x (56), donde la cola lipofílica de la polimixina fue reemplazada por una fracción polar de N-fenil piridona, mostró una toxicidad considerablemente reducida in vitro en comparación con la polimixina, al tiempo que conservaba la actividad. El compuesto 5x se examinó in vivo en busca de potencial nefrotóxico en comparación con la polimixina B en la rata en un estudio de 7 días. A un nivel de exposición en el que la polimixina B produjo lesiones renales necróticas en todos los animales (aunque mínimas) (56), no se observó incidencia de lesiones renales necróticas. Sin embargo, en el perro no se informó de un margen de seguridad significativo de (56) sobre la polimixina B. Comprender la relación de la toxicidad in vitro con la situación in vivo de las polimixinas sigue siendo un obstáculo por superar.

Los antiinfecciosos de Cantab han notificado que los derivados no apeptídicos de la polimixina en los que la cadena acilo contiene una funcionalidad polar demuestran una toxicidad reducida in vitro e in vivo, conservando al mismo tiempo la eficacia in vivo . Por ejemplo, el compuesto (57) se comparó con la polimixina B en un modelo de infección de muslo de ratón E. coli. Una dosis total de 10 mg/kg (i.v., b.i.d.) de (57) dio una reducción de 4 log10 en la carga bacteriana en comparación con el control no tratado, mientras que la misma dosis de polimixina redujo la carga bacteriana en 4,8 log10. Se obtuvieron resultados similares en un modelo de infección de Klebsiella pneumoniae, donde (57) dio una reducción similar de la carga bacteriana (reducción de 2,3 log10) a la colistina a 10 mg/kg. In vitro, (57) fue seis veces menos citotóxica que la polimixina medida por CI50 frente a la línea celular HK-2. In vivo, en un modelo de nefrotoxicidad en ratas, (57) dio niveles significativamente más bajos de biomarcadores urinarios de lesión renal (N-acetil-beta-d-glucosaminidasa, albúmina y cistatina C) en comparación con la colistina al mismo nivel de dosis.

Otro enfoque ha sido adoptado por el grupo de la Universidad de Monash, que ha estado investigando modificaciones que muestran actividad contra cepas resistentes . Las polimixinas con aumento de la lipofilicidad en los aminoácidos 6 y 7 del núcleo y una cadena lipofílica, por ejemplo, FADDI-02 (58a) y FADD1-03 (58b), muestran una mejor actividad frente a cepas resistentes de Pseudomonas aeruginosa y Acinetobacter baumanii en comparación con la polimixina B. No se ha informado de toxicidad in vitro; sin embargo, los compuestos se han evaluado en un modelo in vivo de nefrotoxicidad. El examen histológico no mostró lesiones en estas ratas tratadas con FADDI-03 en comparación con signos positivos de daño renal en los animales tratados con polimixina B. Esta menor toxicidad se ha atribuido a la alta unión sérica de la molécula, que evita la acumulación en los riñones.