8 Polymyxins
Polymyxins são uma classe de catiônicos cíclica decapeptides caracterizado pela presença de cinco carregada positivamente amina resíduos, a partir de di-amino-butírico (Dab), e um lipofílico cauda, como mostrado na estrutura de polimixina B1 (50). Eles demonstram atividade potente contra bactérias Gram-negativas, e foram usados clinicamente pela primeira vez na década de 1950, mas o uso foi limitado por relatos de toxicidade, particularmente nefrotoxicidade. No entanto, ao longo da última década, com a crescente prevalência de bactérias gram-negativas multi-resistentes, tem havido um ressurgimento no uso de polimixinas como drogas de último recurso .
existem muitos inconvenientes para a atual terapia de polimixina. A preparação mais comum no uso clínico é o pró-fármaco da polimixina e (colistina) (51) conhecida como CMS (sulfonato de colistina e metano), que foi desenvolvida na década de 1960 como uma forma de dosagem menos tóxica. No entanto, como um pró-fármaco com cinco grupos amino sulfonilados, a farmacocinética é complicada e mal compreendida. A polimixina B é administrada como sal sulfato por perfusão lenta para superar os efeitos toxicológicos agudos, mas as preocupações acerca da nefrotoxicidade levam a uma dosagem sub-óptima. Uma polimixina de “segunda geração” com um índice terapêutico melhorado, e um regime posológico desenvolvido com a metodologia moderna de PK–PD seria uma adição vantajosa ao Arsenal contra infecções gram-negativas multi-resistentes aos fármacos.
o modo de acção das polimixinas não é totalmente compreendido. As polimixinas ligam-se e interrompem o lipopolissacarídeo carregado negativamente (LPS) da membrana externa das bactérias Gram-negativas, permitindo a passagem da polimixina (e de outras drogas) para o espaço periplásmico. Embora as polimixinas sejam moléculas anfifílicas catiónicas, a ligação e o reconhecimento à membrana exterior são específicos. A eliminação da cadeia de acil-gorda e do aminoácido 1 leva à polimixina B nonapéptido (PMBN, (52)), que, embora significativamente menos activa do que a polimixina B, mantém a capacidade de permeabilizar a membrana externa de bactérias Gram-negativas. O enantiômero de PMBN, no entanto, não é um permeabilizador . A model of polymyxin binding to the highly conserved hydrophobic lipid a of LPS has been devised , based on NMR studies of polymyxin in complex with LPS. Neste modelo, as aminas positivamente carregadas interagem com os fosfatos de LPS, enquanto a cauda lipofílica e a região lipofílica do aminoácido 6-7 do núcleo interagem com a cauda lipídica do LPS. Alguns derivados da polimixina sem actividade antibacteriana significativa demonstraram ligar-se à LPS e permeabilizar as bactérias à acção de outros antibióticos .
As relações estrutura–atividade de polymyxins foram exaustivamente analisados em 2010 e desde essa data tem havido desenvolvimentos em química medicinal e pré-clínicos investigações dirigidas para reduzir a toxicidade e aumentando o nível de atividade, especialmente contra emergentes multi-droga resistentes.
Polymyxins exhibit nephrotoxicity at levels close to the therapeutic dose, as well as a number of poorly characterised acute toxicological effects. O mecanismo de nefrotoxicidade está actualmente a ser investigado , no entanto, acredita-se que esteja relacionado com a natureza catiónica da molécula e a acumulação nas células epiteliais tubulares renais proximais, com a captação mediada pelo receptor multi-ligando, megalin . A citotoxicidade foi determinada nos tipos celulares em que o fármaco se acumula, por exemplo, células tubulares proximais renais humanas (HK-2) ou células epiteliais tubulares proximais (PTEC), e pode envolver danos mitocondriais, ou o envolvimento de espécies reactivas de oxigénio.nos últimos anos, foram empreendidas várias abordagens para reduzir a toxicidade e melhorar o índice terapêutico das polimixinas. A síntese Total de novos derivados da polimixina, através da síntese de peptídeos de fase sólida, tem sido a principal via, permitindo a manipulação em qualquer ponto da estrutura da polimixina. A Semi-síntese a partir da polimixina em si também tem sido amplamente utilizada, baseando-se na capacidade de várias enzimas para seletivamente separar a cauda lipofílica e a cadeia tripeptídica em posições específicas. Foi igualmente obtida uma protecção selectiva dos grupos terminais aminados dos resíduos da solha escura do mar do Norte , permitindo a semi-síntese de uma variedade de derivados do nonapeptídeo.foi relatado que a remoção da cauda lipofílica e do aminoácido 1 para deixar a polimixina B nonapeptídeo (PMBN) (52) conduz a uma redução significativa da nefrotoxicidade e da actividade antibacteriana, mantendo a capacidade da molécula para permeabilizar as bactérias à acção de outros antibióticos. Esta redução da toxicidade foi recentemente confirmada por estudos in vivo em AstraZeneca, nos quais a histopatologia revelou alterações notórias nos rins de ratos tratados com colistina em comparação com os tratados com PMBN ou controlo do veículo.numa série de derivados sem cadeia de ácidos gordos, Katsuma e colegas de trabalho têm investigado análogos de polimixina específicos de Pseudomonas . A substituição da cadeia adiposa-acil e do aminoácido 1 da polimixina por todos os resíduos básicos, tais como a cadeia Dab-Dab-Dab (53a), resultou numa actividade Pseudomonas potente e selectiva in vitro, mas com um aumento da toxicidade aguda no ratinho. Um pequeno aminoácido Hidrofílico no terminal N (Ácido di-amino propiónico (Dap), ou serina) (53b,c) resultou numa actividade de Pseudomonas in vitro comparável à própria polimixina B. O análogo da Dap (53b) demonstrou uma toxicidade aguda 4, 9 vezes inferior à polimixina B no ratinho. O efeito sobre a toxicidade renal não foi notificado nesta série.uma abordagem adoptada pelos antibióticos do Norte para reduzir a toxicidade dos derivados da polimixina tem sido a redução do número de cargas positivas na molécula. Embora os resíduos da Abd na porção cíclica da polimixina tenham demonstrado ser cruciais para a ligação da LPS e para a actividade antibacteriana subsequente , a ligação à LPS ainda pode ter lugar em análogos sem resíduos de amina na porção linear do peptídeo . Tais derivados podem atuar como permeabilizantes de outros antibióticos e alguns têm atividade em seu próprio direito contra um espectro mais estreito de organismos. Exemplos incluem os nonapeptídeos NAB-7061 (54a) com aminobutirato na posição 3, e NAB-739 (54b) com d-serina na posição 3. Ambos retêm a capacidade da polimixina para permeabilizar a membrana externa e agem sinergisticamente com outros antibióticos. Tanto o NAB-7061 como o NAB-739 demonstraram afinidades inferiores (aprox. um quinto mais baixo) para a membrana da borda do pincel do córtex renal do que a polimixina, como demonstrado num ensaio de deslocamento de gentamicina marcado radioactivamente. NAB-739 demonstrou citotoxicidade inferior numa linha celular HK-2 com valores IC50 aproximadamente 26 vezes inferiores à polimixina B. O NAB-739 também demonstrou actividade antibacteriana in vitro e in vivo. Embora o perfil in vitro tenha mostrado uma boa actividade contra E. coli e Klebsiella, a actividade foi reduzida em comparação com a polimixina contra espécies de Pseudomonas. O NAB-739 demonstrou eficácia num modelo de infecção de E. coli, no entanto, até à data não foram notificados estudos de toxicidade in vivo.
Cubist Pharmaceuticals have reported on the reduction of toxicity by the replacement of the lipophilic tail of polymyxin with an aril urea in compound CB-182,804 (55). Até agora este é o único da nova geração de polimixinas a progredir para os ensaios de fase i, depois de demonstrar nefrotoxicidade reduzida em macacos cinomolgos .a Pfizer notificou recentemente a síntese de uma variedade de derivados da polimixina na qual a Dab-3 da porção linear da cadeia dos aminoácidos foi substituída pela Dap do ácido di-amino propiónico , que foi relatada para aumentar a actividade antibacteriana. Uma variedade de grupos terminais biaril foram investigados com a conclusão de que compostos com mais cadeias laterais polares, medidos por ClogD, eram menos citotóxicos contra a linha das células renais hrtec, mas tinham uma tendência geral para reduzir a potência antibacteriana. No entanto, um composto específico da Pfizer, 5x (56), em que a cauda lipofílica da polimixina foi substituída por uma fracção polar N-fenil-piridona, demonstrou uma toxicidade in vitro consideravelmente reduzida em comparação com a polimixina, mantendo a actividade. O composto 5x foi examinado in vivo para pesquisa de potencial nefrotóxico em comparação com a polimixina B no rato num estudo de 7 dias. A um nível de exposição em que a polimixina B produziu lesões renais necróticas em todos os animais (embora mínimas) (56) não demonstrou qualquer incidência de lesões renais necróticas. Contudo, no cão, foi referido que não existe uma margem de segurança significativa de (56) sobre a polimixina B. A compreensão da relação da toxicidade in vitro com a situação in vivo nas polimixinas ainda é um obstáculo a ultrapassar.os anti-infecciosos de Cantab relataram que os derivados nãoapeptídicos da polimixina em que a cadeia acilo contém uma funcionalidade polar demonstram uma toxicidade reduzida in vitro e in vivo, mantendo simultaneamente a eficácia in vivo . Por exemplo, o composto (57) foi comparado com a polimixina B em um modelo de infecção da coxa do rato E. coli. Uma dose total de 10 mg/kg (eu.v., b.eu.d.) de (57) deu um 4 log10 redução na carga bacteriana em comparação aos não-tratados de controle, enquanto a mesma dose de polimixina reduziu a carga bacteriana 4,8 log10. Resultados semelhantes foram obtidos num modelo de infecção por Klebsiella pneumoniae, no qual (57) deu uma redução semelhante na carga bacteriana (redução de 2, 3 log10) à colistina a 10 mg/kg. In vitro, (57) foi seis vezes menos citotóxico do que a polimixina, medida pela CI50 contra a linha celular HK-2. In vivo, num modelo de nefrotoxicidade em ratos (57), os níveis de biomarcadores urinários de lesão renal (N-acetil-beta-d-glucosaminidase, albumina e cistatina C) foram significativamente inferiores aos níveis de colistina na mesma dose.
outra abordagem foi adoptada pelo grupo da Universidade de Monash, que tem investigado modificações que mostram actividade contra estirpes resistentes . Polymyxins com o aumento lipophilicity em aminoácidos, 6 e 7 do núcleo, e uma cadeia lipofílica, e.g. FADDI-02 (58a) e FADD1-03 (58b) apresentam melhor atividade contra cepas resistentes de Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter baumanii, quando comparado à polimixina B. In vitro toxicidade não relatado; no entanto, os compostos foram avaliados in vivo modelo de nefrotoxicidade. O exame histológico não revelou lesões nestes ratos tratados com FADDI-03, quando comparado com sinais positivos de lesão renal nos animais tratados com polimixina B. Esta menor toxicidade tem sido atribuída à elevada ligação sérica da molécula, impedindo a acumulação nos rins.