8 Polymyxins
polimixinele sunt o clasă de decapeptide ciclice cationice caracterizate prin prezența a cinci reziduuri de amină încărcate pozitiv, din acidul di-amino butiric (Dab) și o coadă lipofilă, așa cum se arată în structura polimixinei B1 (50). Acestea demonstrează o activitate puternică împotriva bacteriilor Gram-negative și au fost utilizate pentru prima dată clinic în anii 1950, dar utilizarea a fost limitată de rapoartele de toxicitate, în special de nefrotoxicitate. Cu toate acestea, în ultimul deceniu, odată cu creșterea prevalenței bacteriilor Gram-negative rezistente la mai multe medicamente, a existat o renaștere a utilizării polimixinelor ca medicamente de ultimă instanță .
există multe dezavantaje ale terapiei actuale cu polimixină. Cel mai frecvent preparat în uz clinic este promedicamentul polimixinei e (colistină) (51) cunoscut sub numele de CMS (sulfonat de metan colistină), care a fost dezvoltat în anii 1960 ca o formă de dozare mai puțin toxică. Cu toate acestea, ca promedicament cu cinci grupări amino sulfonilate, farmacocinetica este complicată și nu este bine înțeleasă. Polimixina B este dozată ca sare sulfat prin perfuzie lentă pentru a depăși efectele toxicologice acute, dar preocupările legate de nefrotoxicitate duc la o dozare suboptimă. O polimixină „de a doua generație” cu un indice terapeutic îmbunătățit și un regim de dozare dezvoltat cu metodologia modernă PK–PD ar fi o adăugare avantajoasă a armurii împotriva infecțiilor Gram-negative multi-rezistente la medicamente.
modul de acțiune al polimixinelor nu este pe deplin înțeles. Polimixinele se leagă și perturbă lipopolizaharida încărcată negativ (LPS) a membranei exterioare a bacteriilor Gram-negative, permițând trecerea polimixinei (și a altor medicamente) în spațiul periplasmic. Deși polimixinele sunt molecule cationice amfifile, legarea și recunoașterea la membrana exterioară sunt specifice. Eliminarea lanțului gras-acil și a aminoacidului 1 duce la nonapeptida polimixinei B (PMBN, (52)), care, deși este semnificativ mai puțin activă decât polimixina B, păstrează capacitatea de a permeabiliza membrana exterioară a bacteriilor Gram-negative. Enantiomerul PMBN, cu toate acestea, nu este un permeabilizator . A fost conceput un model de legare a polimixinei la lipida hidrofobă A foarte conservată a LPS, pe baza studiilor RMN ale polimixinei în complex cu LPS. În acest model, aminele încărcate pozitiv interacționează cu fosfații LPS, în timp ce coada lipofilă și regiunea aminoacidului lipofil 6-7 a miezului interacționează cu coada lipidică a LPS. S-a demonstrat că anumiți derivați de polimixină fără activitate antibacteriană semnificativă se leagă de LPS și permeabilizează bacteriile la acțiunea altor antibiotice .
relațiile structură–activitate ale polimixinelor au fost revizuite în mod cuprinzător în 2010 și de la acea dată au existat evoluții suplimentare în chimia medicamentelor și investigațiile preclinice îndreptate atât spre reducerea toxicității, cât și spre creșterea nivelului de activitate, în special împotriva tulpinilor multi-rezistente la medicamente emergente.
Polymyxins exhibit nephrotoxicity at levels close to the therapeutic dose, as well as a number of poorly characterised acute toxicological effects. Mecanismul nefrotoxicității este în prezent în curs de investigare , cu toate acestea, se crede că este legat de natura cationică a moleculei și acumularea în celulele epiteliale tubulare proximale renale, cu absorbție mediată de receptorul multi-ligand, megalin . Citotoxicitatea a fost determinată în tipurile de celule în care se acumulează medicamentul, de exemplu celule tubulare proximale renale umane (HK-2) sau celule epiteliale tubulare proximale (PTEC) și poate implica leziuni mitocondriale sau implicarea speciilor reactive de oxigen.
în ultimii ani, au fost întreprinse o serie de abordări pentru reducerea toxicității și îmbunătățirea indicelui terapeutic al polimixinelor. Sinteza totală a derivaților de polimixină noi, prin sinteza peptidelor în fază solidă, a fost calea principală, permițând manipularea în orice punct al structurii polimixinei. Semi-sinteza pornind de la polimixină în sine a fost, de asemenea, utilizată pe scară largă, bazându-se pe capacitatea diferitelor enzime de a scinda selectiv coada lipofilă și lanțul tripeptidic în poziții specifice. De asemenea , a fost realizată protecția selectivă a grupărilor amino terminale ale reziduurilor Dab, permițând semisinteza unei varietăți de derivați ai nonapeptidei.
s-a raportat că îndepărtarea cozii lipofile și a aminoacidului 1 pentru a lăsa nonapeptida polimixinei B (PMBN) (52) conduce la o reducere semnificativă a nefrotoxicității și a activității antibacteriene, păstrând în același timp capacitatea moleculei de a permeabiliza bacteriile la acțiunea altor antibiotice. Această reducere a toxicității a fost confirmată recent de studiile in vivo efectuate la AstraZeneca , în care histopatologia a evidențiat modificări notabile la nivelul rinichilor șobolanilor tratați cu colistin comparativ cu cei tratați cu PMBN sau controlul vehiculului.
într-o serie de derivați lipsiți de lanțul gras-acil, Katsuma și colegii săi au investigat analogii polimixinici specifici Pseudomonas . Înlocuirea lanțului gras-acil și a aminoacidului 1 al polimixinei cu toate reziduurile bazice, cum ar fi lanțul Dab-Dab-Dab (53a), a dus la o activitate Pseudomonas puternică și selectivă in vitro, dar cu toxicitate acută crescută la șoarece. Un mic aminoacid hidrofil la N-terminal (acid di-amino propionic (Dap) sau serină) (53B, c) a dus la o activitate Pseudomonas in vitro comparabilă cu polimixina B în sine. Analogul Dap (53B) a arătat o toxicitate acută de 4,9 ori mai mică decât polimixina B la șoarece. Efectul asupra toxicității renale nu a fost raportat în această serie.
o abordare adoptată de antibioticele nordice pentru reducerea toxicității derivaților de polimixină a fost reducerea numărului de sarcini pozitive din moleculă. Deși reziduurile Dab din porțiunea ciclică a polimixinei s-au dovedit a fi cruciale atât pentru legarea LPS , cât și pentru activitatea antibacteriană ulterioară, legarea la LPS poate avea loc în continuare în analogi lipsiți de reziduuri de amină în porțiunea liniară a peptidei . Astfel de derivați pot acționa ca agenți de permeabilitate la alte antibiotice, iar unii au activitate în sine împotriva unui spectru mai restrâns de organisme. Exemplele includ nonapeptidele NAB-7061 (54A) cu aminobutirat în poziția 3 și NAB-739 (54B) cu D-serină în poziția 3. Ambele păstrează capacitatea polimixinei de a permeabiliza membrana exterioară și de a acționa sinergic cu alte antibiotice. Atât NAB-7061, cât și NAB-739 au demonstrat afinități mai mici (aprox. o cincime mai mică) pentru membrana de margine a periei cortexului renal decât polimixina, așa cum s-a demonstrat într-un test de deplasare a gentamicinei marcat radioactiv. NAB-739 a demonstrat o citotoxicitate mai mică într-o linie celulară HK-2 cu valori IC50 de aproximativ 26 de ori mai mici decât polimixina B. NAB-739 a demonstrat, de asemenea, activitate antibacteriană atât in vitro, cât și in vivo. În timp ce profilarea in vitro a arătat o activitate bună împotriva E. coli și Klebsiella, activitatea a fost redusă în comparație cu polimixina împotriva speciilor de Pseudomonas. NAB – 739 a demonstrat eficacitatea într-un model de infecție cu E. coli , cu toate acestea, până în prezent nu au existat rapoarte de studii de toxicitate in vivo.
Cubist Pharmaceuticals au raportat reducerea toxicității prin înlocuirea cozii lipofile a polimixinei cu o aril uree în compusul CB-182,804 (55). Până în prezent, aceasta este singura din noua generație de polimixine care a trecut la studiile de fază I, după ce a demonstrat o nefrotoxicitate redusă la maimuțele cynomolgous .Pfizer a raportat recent sinteza unei varietăți de derivați de polimixină în care Dab-3 a porțiunii liniare a lanțului de aminoacizi a fost înlocuit cu acid di-amino propionic Dap , care a fost raportat pentru a spori activitatea antibacteriană. O varietate de grupuri terminale biaril au fost investigate cu concluzia că compușii cu lanțuri laterale mai polare, măsurate prin ClogD, au fost mai puțin citotoxici față de linia celulară renală hRPTEC, dar au avut o tendință generală de reducere a potenței antibacteriene. Cu toate acestea, un compus Pfizer special, 5x (56) în care coada lipofilă a polimixinei a fost înlocuită cu o parte polară n-fenil piridonă, a prezentat o toxicitate in vitro considerabil redusă comparativ cu polimixina, păstrând în același timp activitatea. Compusul 5x a fost examinat in vivo pentru potențialul nefrotoxic comparativ cu polimixina B la șobolan într-un studiu de 7 zile. La un nivel de expunere la care polimixina B a produs leziuni renale necrotice la fiecare animal (deși minime) (56) nu a prezentat nicio incidență a leziunilor renale necrotice. Cu toate acestea, la câine, s-a raportat că nu există o marjă de siguranță semnificativă de (56) față de polimixina B. înțelegerea relației toxicității in vitro cu situația in vivo a polimixinelor este încă un obstacol care trebuie depășit.
antiinfecțioase Cantab a raportat că derivații nonapeptidici de polimixină în care lanțul acil conține o funcționalitate polară demonstrează toxicitate redusă in vitro și in vivo, păstrând în același timp eficacitatea in vivo . De exemplu, compusul (57) a fost comparat cu polimixina B într-un model de infecție a coapsei de șoarece E. coli. O doză totală de 10 mg/kg (i.v., b.i.d.) de (57) a determinat o reducere cu 4 log10 a sarcinii bacteriene comparativ cu martor netratat, în timp ce aceeași doză de polimixină a redus sarcina bacteriană cu 4, 8 log10. Rezultate similare au fost obținute într-un model de infecție Klebsiella pneumoniae, unde (57) a dat o reducere similară a sarcinii bacteriene (2,3 log10 reducere) la colistin la 10 mg/kg. In vitro, (57) a fost de șase ori mai puțin citotoxic decât polimixina, măsurată prin IC50 în raport cu linia celulară HK-2. In vivo, într-un model de nefrotoxicitate la șobolan, (57) a dat un nivel semnificativ mai scăzut de biomarkeri urinari ai leziunilor renale (N-acetil-beta-D-glucozaminidază, albumină și cistatină C) comparativ cu colistina la același nivel de doză.
o altă abordare a fost luată de grupul de la Universitatea Monash, care au investigat modificările care arată activitate împotriva tulpinilor rezistente . Polimixinele cu lipofilitate crescută la aminoacizii 6 și 7 ai miezului și un lanț lipofil, de exemplu FADDI-02 (58A) și FADD1-03 (58B) prezintă o activitate îmbunătățită împotriva tulpinilor rezistente de Pseudomonas aeruginosa și Acinetobacter baumanii în comparație cu polimixina B. toxicitatea in vitro nu este raportată; cu toate acestea, compușii au fost evaluați într-un model in vivo de nefrotoxicitate. Examenul histologic nu a arătat leziuni la acești șobolani tratați cu FADDI-03 în comparație cu semnele pozitive de leziuni renale la animalele tratate cu polimixină B. Această toxicitate mai mică a fost atribuită legării serice ridicate a moleculei, prevenind acumularea în rinichi.