8 polymyksiinit
polymyksiinit ovat kationisyklisten dekapeptidien luokka, jolle on ominaista viisi positiivisesti varautunutta amiinijäämää di-aminovoihaposta (Dab) ja lipofiilinen häntä, kuten polymyksiini B1: n (50) rakenne osoittaa. Niillä on voimakas vaikutus gramnegatiivisiin bakteereihin, ja niitä käytettiin ensimmäisen kerran kliinisesti 1950-luvulla, mutta käyttöä rajoittivat toksisuusraportit, erityisesti nefrotoksisuus. Viime vuosikymmenen aikana monilääkeresistenttien gramnegatiivisten bakteerien yleistyessä polymyksiinien käyttö viimeisenä keinona on kuitenkin lisääntynyt .
nykyisellä polymyksiinihoidolla on monia haittoja. Yleisin kliinisessä käytössä oleva valmiste on polymyksiini E: n (kolistiini) (51) aihiolääke, joka tunnetaan nimellä CMS (kolistiinin metaanisulfonaatti), joka kehitettiin 1960-luvulla vähemmän myrkyllisenä annostelumuotona. Aihiolääkkeenä, jossa on viisi sulfonyloitua aminoryhmää, farmakokinetiikka on kuitenkin monimutkainen eikä sitä tunneta hyvin. Polymyksiini B annostellaan sulfaattisuolana hitaalla infuusiolla akuuttien toksikologisten vaikutusten voittamiseksi, mutta huoli munuaistoksisuudesta johtaa huonoon annostukseen. ”Toisen sukupolven” polymyksiini, jolla on parannettu terapeuttinen indeksi, ja annosteluohjelma, joka on kehitetty nykyaikaisella PK–PD-menetelmällä, olisi edullinen lisä asevarastoon monilääkeresistenttejä gramnegatiivisia infektioita vastaan.
polymyksiinien vaikutustapaa ei täysin tunneta. Polymyksiinit sitoutuvat ja häiritsevät gramnegatiivisten bakteerien ulkokalvon negatiivisesti varautunutta lipopolysakkaridia (LPS), jolloin polymyksiini (ja muut lääkkeet) kulkeutuu periplasmiseen tilaan. Vaikka polymyksiinit ovat kationisia amfifiilimolekyylejä, sitoutuminen ja tunnistaminen ulkokalvolle on spesifistä. Rasva-asyyliketjun ja aminohapon 1 poistaminen johtaa polymyksiini B-nonapeptidiin (pmbn, (52)), joka on huomattavasti vähemmän aktiivinen kuin polymyksiini B, mutta säilyttää kyvyn permeabiloida gramnegatiivisten bakteerien ulompi kalvo. PMBN: n enantiomeeri ei kuitenkaan ole permeabiloija . On laadittu malli polymyksiinin sitoutumisesta LPS: n erittäin säilyvään hydrofobiseen lipidiin A , joka perustuu polymyksiinin NMR-tutkimuksiin kompleksissa LPS: n kanssa. Tässä mallissa positiivisesti varautuneet amiinit vuorovaikuttavat LPS: n fosfaattien kanssa, kun taas lipofiilinen häntä ja ytimen lipofiilinen aminohappo 6-7 vuorovaikuttavat LPS: n lipidihännän kanssa. Tiettyjen polymyksiinijohdannaisten, joilla ei ole merkittävää antibakteerista vaikutusta, on osoitettu sitoutuvan LPS: ään ja läpäisevän bakteerit muiden antibioottien vaikutuksesta .
polymyksiinien rakenne–aktiivisuussuhteita tarkasteltiin kattavasti vuonna 2010, ja sen jälkeen on tapahtunut uutta kehitystä lääketieteellisessä kemiassa ja prekliinisissä tutkimuksissa, jotka on suunnattu sekä toksisuuden vähentämiseen että aktiivisuustason lisäämiseen erityisesti uusia monilääkeresistenttejä kantoja vastaan.
Polymyxins exhibit nephrotoxicity at levels close to the therapeutic dose, as well as a number of poorly characterised acute toxicological effects. Munuaistoksisuuden mekanismia tutkitaan parhaillaan, mutta sen uskotaan liittyvän molekyylin kationiseen luonteeseen ja kertymiseen proksimaalisten tubulusten epiteelisolujen sisällä moniligandireseptorin, megalinin, välittämänä. Sytotoksisuus on määritetty solutyypeissä, joihin lääke kertyy, esimerkiksi ihmisen munuaisten proksimaalisen tubuluksen (HK-2) soluissa tai proksimaalisen tubuluksen epiteelisoluissa (ptec), ja siihen voi liittyä mitokondriovaurioita tai reaktiivisten happilajien osallistumista.
viime vuosina on toteutettu useita lähestymistapoja polymyksiinien toksisuuden vähentämiseksi ja terapeuttisen indeksin parantamiseksi. Uusien polymyksiinijohdannaisten kokonaissynteesi kiinteän faasin peptidisynteesin kautta on ollut pääreitti, joka mahdollistaa manipuloinnin missä tahansa vaiheessa polymyksiinirakennetta. Polymyksiinistä itsestään alkavaa puolisynteesiä on myös hyödynnetty laajasti hyödyntäen eri entsyymien kykyä pilkkoa lipofiilinen häntä ja tripeptidiketju selektiivisesti tiettyihin paikkoihin. Dab-jäämien terminaalisten aminoryhmien selektiivinen suojaus on myös saavutettu , mikä mahdollistaa useiden nonapeptidin johdannaisten semisynteesin.
on raportoitu, että lipofiilisen hännän ja aminohapon 1 poistuminen polymyksiini B-nonapeptidistä (pmbn) (52) johtaa merkittävään munuaistoksisuuden ja antibakteerisen vaikutuksen vähenemiseen samalla, kun molekyyli säilyttää kyvyn permeabiloida bakteereja muiden antibioottien vaikutukselle. Tämä toksisuuden väheneminen on äskettäin vahvistettu AstraZeneca in vivo-tutkimuksissa, joissa histopatologisissa tutkimuksissa havaittiin merkittäviä muutoksia kolistiinilla hoidettujen rottien munuaisissa verrattuna PMBN: llä tai kantaja-ainekontrollilla hoidettuihin rotiin.
eräissä johdannaissarjoissa, joista rasva-asyyliketju puuttuu, Katsuma ja työtoverit ovat tutkineet Pseudomonas-spesifisiä polymyksiinianalogeja . Polymyksiinin rasva-asyyliketjun ja aminohappo 1: n korvaaminen kaikilla emäksisillä jäämillä, kuten Dab-Dab-DAB-ketjulla (53a), johti voimakkaaseen ja selektiiviseen Pseudomonas-aktiivisuuteen in vitro, mutta lisäsi akuuttia toksisuutta hiirillä. Pieni hydrofiilinen aminohappo N-terminaalissa (di-aminopropionihappo (DAP) tai seriini) (53B, c) aiheutti Pseudomonas-aktiivisuuden in vitro,joka oli verrattavissa polymyksiini B: hen itseensä. DAP-analogi (53b) osoitti 4, 9 kertaa vähemmän akuuttia toksisuutta kuin polymyksiini B hiirellä. Vaikutusta munuaistoksisuuteen ei ole raportoitu tässä sarjassa.
pohjoisten antibioottien lähestymistapa polymyksiinijohdannaisten myrkyllisyyden vähentämiseen on ollut positiivisten varausten määrän vähentäminen molekyylissä. Vaikka Dab-jäämät polymyksiinin syklisessä osassa ovat osoittautuneet ratkaiseviksi sekä LPS: n sitoutumisen että myöhemmän antibakteerisen vaikutuksen kannalta , sitoutuminen LPS: ään voi silti tapahtua analogeissa, joilla ei ole amiinijäämiä peptidin lineaarisessa osassa . Tällaiset johdannaiset voivat toimia permeabilisaattoreina muille antibiooteille, ja jotkin niistä toimivat yksinään suppeampaa eliöiden kirjoa vastaan. Esimerkkejä ovat nonapeptidit NAB-7061 (54a) aminobutyraatin kanssa asemassa 3 ja NAB-739 (54b) d-seriinin kanssa asemassa 3. Molemmat säilyttävät polymyksiinin kyvyn permeabiloida ulkokalvoa ja toimivat synergistisesti muiden antibioottien kanssa. Sekä NAB-7061 että NAB-739 osoittivat vähäisempiä affiniteetteja (n. viidennes pienempi) munuaisten aivokuoren siveltimen reunuskalvon osalta kuin polymyksiini, mikä on osoitettu radioleimatussa gentamysiinisiirtymätestissä. NAB-739 osoitti pienempää sytotoksisuutta HK-2-solulinjassa, jonka IC50-arvot olivat noin 26 kertaa pienemmät kuin polymyksiini B: n. NAB-739: llä oli myös antibakteerista vaikutusta sekä in vitro että In vivo. Vaikka in vitro-profilointi osoitti hyvän tehon E. coli-ja Klebsiella-bakteereita vastaan, aktiivisuus oli pienempi kuin polymyksiini Pseudomonas-lajeja vastaan. NAB-739 on osoittautunut tehokkaaksi E. coli-infektiomallissa, mutta In vivo-toksisuustutkimuksia ei ole toistaiseksi raportoitu.
Cubist Pharmaceuticals on raportoinut toksisuuden vähenemisestä korvaamalla polymyksiinin lipofiilisen hännän aryyliurealla yhdisteessä CB-182,804 (55). Tämä on toistaiseksi ainoa uuden sukupolven polymyksiineistä, joka on edennyt faasi I: n kokeisiin osoitettuaan munuaistoksisuuden vähentyneen cynomolgous-apinoilla .
Pfizer raportoi äskettäin erilaisten polymyksiinijohdannaisten synteesistä , jossa aminohappoketjun lineaarisen osan Dab-3 korvattiin diaminopropionihapolla DAP, jonka kerrottiin tehostavan antibakteerista aktiivisuutta. Useita biaryyliterminaaliryhmiä tutkittiin sillä perusteella, että yhdisteet, joilla oli enemmän polaarisia sivuketjuja, olivat clogd: llä mitattuna vähemmän sytotoksisia hRPTEC-munuaissolulinjaa vastaan, mutta niillä oli yleinen taipumus vähentää antibakteerista tehoa. Yksi tietty Pfizer-yhdiste, 5x (56), jossa polymyksiinin lipofiilinen häntä korvattiin polaarisella N-fenyylipyridoniosalla, osoitti kuitenkin in vitro huomattavasti vähäisempää toksisuutta polymyksiiniin verrattuna säilyttäen samalla aktiivisuutensa. Yhdisteestä 5x tutkittiin in vivo munuaistoksisuutta verrattuna polymyksiini B: hen rotalla 7 päivää kestäneessä tutkimuksessa. Altistustasolla, jolla polymyksiini B aiheutti nekroottisia munuaisvaurioita jokaisella eläimellä (vaikkakin vähäisiä) (56), ei esiintynyt nekroottisia munuaisvaurioita. Koiralla ei kuitenkaan raportoitu olevan merkittävää turvallisuusmarginaalia (56) verrattuna polymyksiini B: hen.in vitro-toksisuuden ja polymyksiinien in vivo-tilanteen välisen suhteen ymmärtäminen on edelleen este, joka on voitettava.
Kantab-infektiolääkkeet ovat raportoineet, että polymyksiini-nonapeptidijohdannaiset, joissa asyyliketju sisältää polaarisen toiminnallisuuden, ovat vähentäneet toksisuutta in vitro ja In vivo säilyttäen kuitenkin tehon in vivo . Esimerkiksi yhdistettä (57)verrattiin polymyksiini B: hen E. coli-hiiren reisitautimallissa. Kokonaisannos 10 mg/kg (i.v., b.i.d.) (57) pienensi bakteeritaakkaa 4 log10 verrattuna käsittelemättömään kontrolliin, kun taas sama polymyksiiniannos pienensi bakteeritaakkaa 4, 8 log10: llä. Samanlaisia tuloksia saatiin Klebsiella pneumoniae-infektiomallissa, jossa (57) bakteeritaakka väheni vastaavalla tavalla (2, 3 log10: n väheneminen) kuin kolistiinilla 10 mg/kg. In vitro, (57) oli kuusi kertaa vähemmän sytotoksisia kuin polymyksiini mitattuna IC50: llä HK-2-solulinjaa vastaan. Nefrotoksisuusmallissa in vivo (57) antoi merkitsevästi vähemmän munuaisvaurion biomarkkereita virtsaan (N-asetyyli-beeta-d-glukosaminidaasi, albumiini ja kystatiini C) kuin kolistiini samalla annostasolla.
Monash Universityn ryhmä on ottanut toisenlaisen lähestymistavan, kun se on tutkinut muutoksia, jotka osoittavat aktiivisuutta resistenttejä kantoja vastaan . Polymyksiinit, joiden lipofiilisyys on lisääntynyt ytimen aminohapoissa 6 ja 7, ja lipofiilinen ketju, esim.FADDI-02 (58A) ja Fadd1-03 (58B), ovat aktiivisempia Pseudomonas aeruginosa-ja Acinetobacter baumanii-resistenttejä kantoja vastaan verrattuna polymyksiini B: hen. in vitro-toksisuutta ei ole raportoitu; yhdisteitä on kuitenkin arvioitu nefrotoksisuuden in vivo-mallissa. Histologisessa tutkimuksessa faddi-03-hoitoa saaneilla rotilla ei havaittu leesioita verrattuna positiivisiin munuaisvaurion merkkeihin polymyksiini B-hoitoa saaneilla eläimillä. Vähäisemmän toksisuuden on katsottu johtuvan molekyylin suuresta seerumiin sitoutumisesta, joka estää kertymisen munuaisiin.