8 Polymyxiner

Polymyxiner er en klasse av kationiske sykliske dekapeptider karakterisert ved tilstedeværelsen av fem positivt ladede aminrester, fra di-amino smørsyre (Dab) og en lipofil hale, som vist i strukturen av polymyxin B1 (50). De viser potent aktivitet mot Gram-negative bakterier, og ble først brukt klinisk på 1950-tallet, men bruken var begrenset av rapporter om toksisitet, spesielt nefrotoksisitet. Men i løpet av det siste tiåret, med den økende forekomsten av multiresistente Gram-negative bakterier, har det vært en gjenoppblomstring i bruken av polymyxiner som siste utvei .

det er mange ulemper med dagens polymyksinbehandling. Det vanligste preparatet i klinisk bruk er prodruget Av Polymyxin E (Colistin) (51) kjent SOM CMS (Colistin metan sulfonat), som ble utviklet på 1960-tallet som en mindre giftig doseringsform. Som et prodrug med fem sulfonylerte aminogrupper er farmakokinetikken imidlertid komplisert og ikke godt forstått. Polymyksin B doseres som sulfatsalt ved langsom infusjon for å overvinne akutte toksikologiske effekter, men bekymringer om nefrotoksisitet fører til suboptimal dosering. En» andre generasjon » polymyxin med en forbedret terapeutisk indeks, og et doseringsregime utviklet med moderne PK–PD-metodikk ville være et fordelaktig tillegg til arsenalet mot multiresistente Gram-negative infeksjoner.

virkningsmåten av polymyxiner er ikke fullt ut forstått. Polymyxiner binder seg til og forstyrrer det negativt ladede lipopolysakkaridet (LPS) av Den ytre membranen Av Gram-negative bakterier, slik at polymyxinet (og andre legemidler) kan passere inn i det periplasmiske rommet. Selv om polymyxinene er kationiske amfifile molekyler, er bindingen og anerkjennelsen til den ytre membranen spesifikk. Sletting av fettacylkjeden og aminosyren 1 fører til polymyxin b nonapeptid (PMBN, (52)), som selv om det er betydelig mindre aktivt enn polymyxin B, beholder evnen til å permeabilisere den ytre membranen Til Gram-negative bakterier. Enantiomeren AV PMBN er imidlertid ikke en permeabiliser . En modell av polymyxinbinding til den høyt konserverte hydrofobe lipid a AV LPS er utarbeidet , basert på NMR-studier av polymyxin i kompleks med LPS. I denne modellen interagerer de positivt ladede aminer MED fosfatene AV LPS, mens den lipofile halen og den lipofile aminosyren 6-7-regionen av kjernen interagerer med lipidhalen AV LPS. Visse polymyksinderivater uten signifikant antibakteriell aktivitet har vist seg å binde SEG TIL LPS og å permeabilisere bakteriene til virkningen av andre antibiotika .struktur-aktivitetsrelasjonene til polymyksinene ble grundig gjennomgått i 2010, og siden den datoen har det vært videre utvikling i medisinsk kjemi og prekliniske undersøkelser rettet mot både å redusere toksisitet og øke aktivitetsnivået, spesielt mot nye multiresistente stammer.

Polymyxins exhibit nephrotoxicity at levels close to the therapeutic dose, as well as a number of poorly characterised acute toxicological effects. Mekanismen for nefrotoksisitet er for tiden under utredning, men det antas å være relatert til molekylets kationiske natur og akkumulering i de proksimale tubulære epitelceller i nyrene, med opptak mediert av multi-ligandreseptoren megalin . Cytotoksisitet er bestemt i celletyper der stoffet akkumuleres, for eksempel humane renale proksimale tubulære (HK-2) celler eller proksimale tubule epithelial (PTEC) celler, og kan innebære mitokondriell skade eller involvering av reaktive oksygenarter.

i de senere år har det blitt gjennomført en rekke tilnærminger for å redusere toksisiteten og forbedre den terapeutiske indeksen for polymyksiner. Total syntese av nye polymyxinderivater, via fastfasepeptidsyntese, har vært hovedveien, slik at manipulering på et hvilket som helst punkt i polymyxinstrukturen. Semi-syntese som starter fra polymyxin selv har også blitt mye brukt, og trekker på forskjellige enzymers evne til selektivt å spalte den lipofile halen og tripeptidkjeden i bestemte posisjoner. Selektiv beskyttelse av de terminale aminogruppene I dab-rester er også oppnådd, noe som muliggjør halvsyntese av en rekke derivater av nonapeptidet.

det har blitt rapportert at fjerning av lipofil hale og aminosyre 1 for å forlate polymyxin b nonapeptid (PMBN) (52) fører til en signifikant reduksjon i nefrotoksisitet og antibakteriell aktivitet samtidig som molekylets evne til å permeabilisere bakterier til virkningen av andre antibiotika. Denne reduksjonen i toksisitet er nylig bekreftet i in vivo-studier Ved AstraZeneca, hvor histopatologi viste merkbare endringer i nyrene hos rotter behandlet med kolistin sammenlignet med de som ble behandlet med PMBN eller vehicle control.I en serie derivater som mangler fett-acyl-kjeden, Har Katsuma og medarbeidere undersøkt Pseudomonas-spesifikke polymyxinanaloger . Erstatning av fatty-acyl-kjeden og aminosyren 1 av polymyksin med alle basiskrester, som Dab-Dab-dab-kjeden (53a), resulterte i potent Og selektiv Pseudomonas-aktivitet in vitro, men med økt akutt toksisitet hos mus. En liten hydrofil aminosyre ved Den n-terminale (di-amino propionsyre (dap) eller serin) (53b,c) resulterte I Pseudomonas-aktivitet in vitro sammenlignbar med polymyxin b selv. Dap-analogen (53b) viste 4,9 ganger mindre akutt toksisitet enn polymyxin B i musen. Effekten på nyretoksisitet er ikke rapportert i denne serien.En tilnærming Tatt Av Nordlige Antibiotika for å redusere toksisiteten av polymyxinderivater har vært å redusere antall positive ladninger i molekylet. Selv Om Dab-rester i den sykliske delen av polymyksin har vist seg å være avgjørende for BÅDE lps-binding og for påfølgende antibakteriell aktivitet, kan binding til LPS fortsatt finne sted i analoger som mangler aminrester i den lineære delen av peptidet . Slike derivater kan virke som permeabilisatorer til andre antibiotika, og noen har aktivitet i seg selv mot et smalere spekter av organismer. Eksempler er nonapeptidene NAB-7061 (54a) med aminobutyrat i posisjon 3, OG NAB-739 (54b) med d-serin i posisjon 3. Begge beholder polymyxins evne til å permeabilisere den ytre membranen og virke synergistisk med andre antibiotika. BÅDE NAB-7061 og NAB-739 viste lavere slektskap (ca. en femtedel lavere) for penselgrensemembranen i nyrebarken enn polymyksin, som vist i en radiomerket gentamicin-fortrengningsanalyse. NAB-739 viste lavere cytotoksisitet i EN HK – 2 cellelinje MED IC50-verdier omtrent 26 ganger mindre enn polymyksin B. NAB-739 viste også antibakteriell aktivitet både in vitro og in vivo. Mens in vitro-profilering viste god aktivitet mot E. coli og Klebsiella, ble aktiviteten redusert sammenlignet med polymyksin mot Pseudomonas-arter. NAB-739 har vist effekt i en E. coli-infeksjonsmodell, men til dags dato har det ikke vært rapporter om toksisitetsstudier in vivo.

Kubistiske Legemidler har rapportert om reduksjon av toksisitet ved erstatning av den lipofile halen av polymyxin med en aryl urea i forbindelse CB-182,804 (55). Så langt er dette den eneste av den nye generasjonen polymyksiner som har gått videre Til Fase I-studier, etter å ha demonstrert redusert nefrotoksisitet hos cynomolgøse aper .Pfizer rapporterte nylig syntesen av en rekke polymyksinderivater hvor Dab-3 av den lineære delen av aminosyrekjeden ble erstattet med di-amino propionsyre Dap, som ble rapportert å øke den antibakterielle aktiviteten. En rekke biaryl-terminale grupper ble undersøkt med den konklusjon at forbindelser med flere polare sidekjeder, målt Ved ClogD, var mindre cytotoksiske mot hRPTEC-nyrecellelinjen, men hadde en generell tendens til redusert antibakteriell styrke. Imidlertid viste en Bestemt Pfizer-forbindelse, 5x (56) hvor den lipofile halen av polymyksin ble erstattet av en polar n-fenylpyridondel, betydelig redusert in vitro toksisitet sammenlignet med polymyksin mens aktiviteten ble beholdt. Forbindelse 5x ble undersøkt in vivo for nefrotoksisk potensial sammenlignet med polymyksin B hos rotter i en 7-dagers studie. På et eksponeringsnivå hvor polymyksin B produserte nekrotiske nyrelesjoner i alle dyr (om enn minimal) (56) viste ingen forekomst av nekrotiske nyrelesjoner. Hos hunden ble det imidlertid rapportert at det ikke var noen signifikant sikkerhetsmargin på (56) over polymyxin B. Forståelse av forholdet mellom in vitro toksisitet og in vivo-situasjonen i polymyxiner er fortsatt et hinder som må overvinnes.Cantab antiinfektiva har rapportert at polymyksin-nonapeptidderivater der acylkjeden inneholder en polar funksjonalitet, viser redusert toksisitet in vitro og in vivo, samtidig som effekten opprettholdes in vivo . For eksempel ble forbindelse (57) sammenlignet med polymyxin B i En e. coli mus lårmodell av infeksjon. En total dose på 10 mg / kg (i.v., b.i.d.) av (57) ga en 4 log10 reduksjon i bakteriebyrden sammenlignet med ikke-behandlet kontroll, mens den samme dosen av polymyksin reduserte bakteriebyrden med 4,8 log10. Lignende resultater ble oppnådd i En Klebsiella pneumoniae-infeksjonsmodell, hvor (57) ga en tilsvarende reduksjon i bakteriell byrde (2,3 log10-reduksjon) til kolistin ved 10 mg/kg. In vitro var (57) seks ganger mindre cytotoksisk enn polymyksin målt VED IC50 mot HK-2-cellelinjen. In vivo, i en rottemodell av nefrotoksisitet, (57) ga signifikant lavere nivåer av urinbiomarkører av nyreskade (N-acetyl-beta-d-glukosaminidase, albumin og cystatin C) sammenlignet med kolistin ved samme dosenivå.en annen tilnærming har blitt tatt av gruppen Ved Monash University, som har undersøkt modifikasjoner som viser aktivitet mot resistente stammer . Polymyksiner med økt lipofilitet ved aminosyrene 6 og 7 i kjernen og en lipofil kjede, f. eks. FADDI-02 (58A) og FADD1-03 (58b), viser forbedret aktivitet mot resistente Stammer Av Pseudomonas aeruginosa og Acinetobacter baumanii sammenlignet med polymyksin b. in vitro-toksisitet er ikke rapportert, men forbindelsene har blitt evaluert i en in vivo-modell av nefrotoksisitet. Histologisk undersøkelse viste ingen lesjoner hos DISSE FADDI-03-behandlede rotter sammenlignet med positive tegn på nyreskade hos polymyksin b-behandlede dyr. Denne lavere toksisiteten har blitt tilskrevet den høye serumbindingen av molekylet, og forhindrer akkumulering i nyrene.