Scuola di Medicina e Chirurgia Universit degli Studi

Scuola di Medicina e Chirurgia, Università degli Studi di Verona Anno Accademico 2015 -16 Corso di Farmacologia Generale “Chemioterapia: definizioni e principi generali” Prof. Roberto Leone

CHEMIOTERAPIA Antimicrobici Ø ANTIBATTERICI o antibiotici (agiscono sui batteri) Ø ANTIFUNGINI o antimicotici (agiscono sui funghi) Ø ANTIVIRALI (agiscono sui virus) Ø ANTIPROTOZOARI (agiscono sui protozoi) Antiparassitar. I Ø ANTIELMINTICI (agiscono sugli elminti) Ø ANTITUMORALI (agiscono sulle cellule tumorali)

ANTIBIOTICO Sostanza prodotta da alcuni batteri e funghi che inibisce lo sviluppo di altri microrganismi (Gruppo di composti chimicamente eterogenei) CHEMIOTERAPICO Sostanza prodotta per sintesi chimica

La Storia degli antibatterici 350 -550 d. C tracce di tetraciclina sono state trovate (Armelagos, 1980) in scheletri umani di antichi abitabti del Sudan e della Nubia. Fonte dell’antibiotico la birra. Il grano utilizzato per ottenerla conteneva lo Streptomyces produttore di tetraciclina. Non è un caso che gli antichi Egiziani usavano la birra per trattare disturbi gengivali. Nella medicina tradizionale cinese si utilizzava un impasto di orzo masticato e di muffa di mele per le ferite. Nel Talmud si parla di un rimedio terapeutico a base di mais ammuffito imbevuto di acqua e vino.

La Storia degli antibatterici Nel 1640 John Parkington, farmacista di Londra ed erborista della casa Reale annuncia che le muffe hanno un effetto curativo quando applicate su ferite infette. Nel 1870 Sir John Scott Burdon-Sander osserva che colture liquide ricoperte da muffe non producono batteri. Nel 1877 Louis Pasteur osserva che colture di Bacillus anthracis contaminate con muffe, non crescevano e uccidevano altri batteri. Nel 1897 Ernest Duchesne riusci a guarire cavie infettate dal tifo utilizzando la muffa Penicillium Glaucium; l’esperimento fu la sua tesi di dottorato

La Storia degli antibatterici Nel 1893 Bartolomeo Gosio, riesce ad isolare l’acido micofenolico da muffe del genere Penicillum e dimostrò che era in grado di inibire la crescita del bacillo dell’antrace. Il suo lavoro non fu mai riconosciuto a livello internazionale , probabilmente perchè scritto in italiano e non tradotto in inglese. 1863 -1944 Nel 1895 Vincenzo Tiberio, pubblica sugli Annali di Igiene sperimentale un lavoro sperimentale dal titolo Sugli estratti di alcune muffe. Anche questo lavoro, precursore di quello di Fleming non ebbe risonanza internazionale. 1869 -1915

La Storia degli antibatterici Nel 1909 Paul Erlich, a partire dall’atoxyl un derivato dell’arsenico utilizzato nella tripanosomiasi, mette a punto il composto 606 (Salvarsan, salvare con l’arsenico) per trattare la sifilide, malattia infettiva causata dal Treponema pallidum. (1854 -1915) (1881 -1955) Nel 1928 Alexander Fleming, riscopre le proprietà antibatteriche della muffa Penicillum notatum e chiama penicillina la sostanza da essa prodotta. Grazie al team di Oxford (Chain, Florey e Abraham) nel 1942 la penicillina entra nell’uso clinico. Nel 1935 Gerhard Domagk pubblica i risultati delle sperimentazioni sul Prontosil rosso, il primo sulfamidico utilizzato per le malattie batteriche. (1895 -1964)

Prime dieci cause di morte negli USA 1900 (Centers for Disease Control and Prevention, http: //www. cdc. gov/) 2013 Heart disease Cancer Respiratory disease Injuries Stroke Alzheimer Diabetes Pneumonia and influenza Nephritis, nephrosis Suicide

CHEMIOTERAPIA: DEFINIZIONI Tossicità Selettiva Proprietà del farmaco di agire selettivamente su strutture e funzioni tipiche della cellula batterica o tumorale

TOSSICITA’ SELETTIVA (alcuni esempi) 1. FATTORI BIOCHIMICI a. Esclusività del bersaglio a 1 Transpeptidasi della parete batterica (betalattamine) PBP (penicillin binding proteins) a 2 Componente ergosterolica della membrana citoplasmatica fungina (antifungini) b. Affinità selettiva Elevata affinità tra enzima e f. inibitore diidrofolatoreduttasi trimetoprim, (batteri) pirimetamina (plasmodi) metotressato (cellule tumorali) c. Attivazione o minore inattivazione c 1 Attivazione di flucitosina fluorouracile (miceti) c 2 Mancanza di idrolasi specifica nella cute e nel parenchima polmonare, che inattiva bleomicina

TOSSICITA’ SELETTIVA 2. FATTORI FARMACOCINETICI CLOROCHINA Maggiore concentrazione in emazie infette TETRACICLINE Diffusione passiva Trasporto attivo (specifico dei batteri) METOTREXATE Inibizione di 3 tappe metaboliche, quando MTX eccede nel citoplasma come anione libero 3. FATTORI CITOCINETICI SULFAMIDICI Batteri in fase di crescita ANTIBLASTICI Cellule proliferanti

CHEMIOTERAPIA: DEFINIZIONI Spettro d’azione Il complesso di specie batteriche contro le quali un antibatterico è attivo. Gli antibatterici vengono definiti ad ampio spettro, intermedio o ristretto a seconda del numero delle specie batteriche sulle quali agiscono.

Spettro d’azione di alcuni antibatterici

CHEMIOTERAPIA: DEFINIZIONI Battericidi Antibatterici che determinano la morte dei batteri. Esempi di farmaci battericidi: penicilline, cefalosporine, aminoglicosidi Batteriostatici Antibatterici che determinano l’arresto della moltiplicazione cellulare. Esempi di farmaci batteriostatici: tetracicline, cloramfenicolo

MECCANISMO D’AZIONE Battericida Uccide i batteri Tempo dipendente: -lattamici Concentrazione dipendente: aminoglicosidici Batteriostatico Arresta la moltiplicazione Controllo BATTERIOSTATICO BATTERICIDA Tempo-dipendente Concentrazione-dipendente

CHEMIOTERAPIA: DEFINIZIONI Farmaco di prima scelta Si intende l’antibatterico più indicato, per il suo profilo beneficio/rischio, per una determinata patologia infettiva. Non sempre può essere utilizzato (condizioni particolari del paziente, insorgenza di resistenza, ecc. ) e si utilizzano i farmaci alternativi (seconda o terza scelta).

CHEMIOTERAPIA: DEFINIZIONI Concentrazione Minima Inibitoria (MIC) La concentrazione (es. mcg/ml) di un antibatterico capace di inibire, in vitro, lo sviluppo batterico. MIC 50 = inibire in coltura il 50% dei batteri; MIC 90 = inibire in coltura il 90% dei batteri. La MIC di un antibatterico serve per saggiare la sensibilità di un ceppo batterico a quel determinato antibatterico. Antibiogramma Metodica microbiologica per saggiare contemporaneamente la sensibilità di un ceppo batterico a più antibatterici

Valutazione in vitro della sensibilità agli antibiotici Antibiogramma

Valutazione in vitro della sensibilità agli antibiotici Calcolo della MIC Concentrazione Minima Inibente: MIC K Calcolo della MBC Concentrazione Minima Battericida: MBC K 0, 1%

RESISTENZA BATTERICA Con il termine di resistenza batterica si indica l’insensibilità di un ceppo batterico ad un determinato antibiotico. La resistenza può essere: Primaria Quando una specie batterica è da sempre insensibile ad un determinato antibiotico, nel senso quindi che non rientra nello spettro d’azione di quel antibiotico. Ad esempio lo Pseudomonas aeruginosa è insensibile all’azione dell’ampicillina.

RESISTENZA BATTERICA Acquisita Quando compaiono ceppi batterici (a seguito di variazioni genetiche) che, pur appartenendo a specie sensibili, non vengono distrutti o bloccati dall’azione di un antibiotico. Ad esempio comparsa di ceppi batterici di Neisseria gonorrhoeae resistenti alla penicillina G in quanto producono degli enzimi ( -lattamasi) in grado di inattivare il farmaco. Gli antibatterici non sono causa di resistenza batterica ma hanno un ruolo come fattori di selezione, nel senso che favoriscono la diffusione dei batteri ad essi resistenti

Antibiotico resistenza acquisita Cromosomica Costituisce il 10 -15% di tutte le resistenze acquisite Si verifica per mutazione genetica spontanea L’antibiotico seleziona i ceppi resistenti Gli stessi mutanti possono essere resistenti ad altri antibiotici con caratteristiche simili Si trasmette verticalmente alla discendenza Può essere multi-step o one-step Extra-cromosomica (plasmidica) Costituisce il 90% di tutte le resistenze (alta frequenza di insorgenza) Si origina per acquisizione di informazione genetica che deriva da altri microrganismi e che penetra nella cellula mediante lo scambio di geni presenti su plasmidi o trasposoni (trasmissione orizzontale) con meccanismi di coniugazione, trasformazione e trasduzione Riguarda più antibiotici contemporaneamente (resistenza multipla) Può essere trasferita anche a microrganismi appartenenti a specie differenti

RESISTENZA BATTERICA Multiresistenza Microbi che sono resistenti a molti antimicrobici sono chiamati multidrug resistant (MDR) spesso si utilizza anche il termine giornalistico di superbugs La resistenza agli antibatterici è diventato un problema di salute mondiale e l’OMS ha ad tempo lanciato l’allarme prevedendo che senza nuovi farmaci si potrebbero avere nel 2050 10 milioni di morti a causa di malattie infettive sostenute da ceppi resistenti a tutti i farmaci attualmente disponibili.

PRINCIPALI MECCANISMI DI RESISTENZA Ø Produzione di enzimi che degradano il farmaco (es. lattamasi che degradano le penicilline) Ø Alterato trasporto intracellulare (es. nei confronti di aminoglicosidi, tetracicline) Ø Alterazione della struttura batterica (es. nei confronti di eritromicina, rifamicine) Ø Bypass del blocco metabolico (es. nei confronti dei sulfamidici) Ø Presenza di pompe di efflusso (es. in G+ presenza ATP Binding Cassette o Motor Facilitator Superfamily : in G- Multidrug and Toxic compound Extrusion)

-lattamasi produzione Penicillina attiva O R 1 C S N O N COOH -lattamasi O R 1 C S N O N • Apre il legame amidico dell’anello -lattamico Gram+: esoenzimi inducibili e codificati da plasmidi Gram- : intracellulare inducibile, costitutiva, plasmide- e cromosoma-mediato COOH Penicilloicoderivati inattivi Baquero et al. Clin Microb Infect 1998; 4(Suppl. 2): 19– 26

NATURE REVIEWS DISCOVERY VOLUME 12 | DRUG | MAY 2013 | 371

(da Dialogo sui Farmaci 2010; 3: 100 -6)

Slowing the emergence and spread of antimicrobial resistance 1. Responsibilities of Physicians: must work to identify microbe and prescribe suitable antimicrobials, must educate patients 2. Responsibilities of Patients: need to carefully follow instructions

Slowing the emergence and spread of antimicrobial resistance 3. Educate Public: must understand appropriateness and limitations of antibiotics ; antibiotics not effective against viruses 4. Global Impacts: organism that is resistant can quickly travel to another country - in some countries antibiotics available on non-prescription basis - antibiotics fed to animals can select for drug- resistant organisms

Antibiotic Resistance Interconnections between people, animals, and the environment make it easy for antibiotic resistant bacteria to jump from one species to another. For instance, a resistant strain living in soil could travel through runoff and get passed on to humans via drinking water or recreational swimming. Multiple routes of exchange propel the evolution and spread of resistance. 58

EMA, 2009

La ricerca di nuovi antibiotici

STRATEGIE PER PREVENIRE O RIDURRE LE RESISTENZE ü Sorveglianza dell’andamento di colonizzazione ü Monitoraggio di compliance delle misure di prevenzione e controllo ü Monitoraggio uso antibiotici ü Linee Guida per uso e profilassi con antibiotici ü Riduzione uso antibiotici ampio spettro ü Riduzione costi ü Sorveglianza rispetto Linee Guida ü Educazione personale e prescrittori

Rapporto Os. Med 2013

Rapporto Os. Med 2013

Rapporto Os. Med 2013

Le condizioni cliniche per le quali si osserva un impiego di antibiotici più frequentemente inappropriato sono le infezioni acute delle vie respiratorie (IAR) e le infezioni acute non complicate delle basse vie urinarie (IVU). Rapporto Os. Med 2013

L’uso inappropriato: l’esempio degli antibiotici AIFA. Rapporto Os. Med 2014

Antibiotici: confronto con altri Paesi Antibiotici DDD x 1000 ab. (2010 -2011) Italia UK Olanda • Antibiotici 30. 2 17. 7 10. 4 Fonte: OCSE

UNA TERAPIA ANTIBATTERICA VA INSTAURATA IN BASE A: Ø Tipo di batteri responsabili dell’infezione (epidemiologia, test microbiologici) Ø Sede dell’infezione Ø Gravità dell’infezione

INFEZIONE Esame microbiologico Elementi epidemiologici e clinici Isolamento batterico Antibiogramma/CMI FARMACOCINETICA TERAPIA MIRATA TERAPIA RAGIONATA

LA SCELTA DELL’ANTIBATTERICO SI BASA SU: Ø Efficacia del farmaco (spettro d’azione) anche in relazione a possibile resistenza Ø Caratteristiche farmacocinetiche Ø Profilo tossicologico Ø Caratteristiche del paziente Ø Costo

FATTORI CONDIZIONANTI L’EFFICACIA DI UN ANTIBATTERICO Ø Suscettibilità batterica (resistenza primaria) Ø Resistenza batterica (resistenza acquisita) Ø Meccanismo d’azione e cinetica del farmaco Ø Caratteristiche dell’ospite (età, immunodepressione, altre patologie concomitanti, ecc. ) Ø Caratteristiche dell’infezione (sede, gravità, ecc. ) Ø Corretto impiego del farmaco

POSSIBILI CAUSE DI FALLIMENTO DI UNA TERAPIA ANTIBATTERICA Ø Diagnosi errata Ø Batterio resistente Ø Scelta erronea del farmaco (ad es. farmaco che non raggiunge la sede dell’infezione in concentrazioni adeguate) Ø Fattori inerenti il paziente (es. presenza di ascessi, corpo estraneo, immunodepressione, ostruzione) Ø Modalità d’impiego del farmaco errate (dosi, tempi, via di somministrazione, durata terapia) Ø Non compliance da parte del paziente Ø Superinfezione

CONCETTO-GUIDA PER LA SCELTA RAZIONALE DI UN CHEMIO-ANTIBIOTICO ü Il farmaco di scelta è quello dotato di azione specifica sull'agente patogeno ü e deve trovarsi nella sede d'azione - nel momento giusto - in concentrazione adeguata - per un tempo sufficientemente lungo

PK/PD Concentrazione in “non target tissue” Dose Concentrazione plasmatica/tempo Farmacocinetica Effetti tossici Farmacodinamica Concentrazione nella sede d’infezione Effetti terapeutici

FARMACOCINETICA FARMACODINAMICA Dose- Elevati livelli serici o tissutali assorbimento Livelli serici distribuzione metabolismo Livelli tissutali eliminazione Bassi o assenti livelli serici o tissutali MIC MBC Killing PAE PK PD CORRELAZIONE (T>MIC AUC/MIC Cmax/MIC) Ottimizzazione della dose TOSSICITA’ EFFICACIA RESISTENZA

Pharmacodynamic parameters (in vivo potency) Concentration Cmax: MIC AUC: MIC T>MIC 0 Time (hours) AUC = Area under the concentration–time curve Cmax = Maximum plasma concentration

FARMACI ANTIMICROBICI l ATTIVITA’ TEMPO DIPENDENTE BETALATTAMINE l CARBAPENEMI l GLICOPEPTIDI l LINCOSAMIDI l MACROLIDI Naturali l l ATTIVITA’ CONCENTRAZIONE DIPENDENTE AMINOGLICOSIDI l FLUOROCHINOLONI l METRONIDAZOLO l EBM 10 -11

Antimicrobial drugs PK/PD parameters predictive of therapeutic outcome Parameter correlating with efficacy Cmax/MIC AUC/MIC T > MIC Examples Aminoglycosides Fluoroquinolones New macrolides Daptomycin Quinup. /Dalfoprist. Carbapenems Cephalosporins Penicillins Natural macrolides Tigecycline Linezolid Organism kill Concentrationdependent Time-dependent Therapeutic goal Maximize exposure Optimize duration of exposure Nicolau DP, J Infect Chemother, 2003, mod.

REGIME POSOLOGICO OTTIMALE MODALITA’ DI SOMMINISTRAZIONE CONTINUA (T>MIC) Tempo dipendenti - Betalattamine - Eritromicina ALTE DOSI E LUNGA INTERMITTENZA concentrazione / dipendenti - Aminoglicosidi - Fluorochinoloni - Macrolidi sintetici EBM 07 -08

Once-daily vs conventional three-times daily aminoglycoside regimens Concentration (mg/L) 14 Once-daily regimen Conventional (three-times daily regime 12 10 8 6 4 2 0 0 4 8 12 16 Time (hours) 20 24 Nicolau et al. Antimicrob Agents Chemother 1995; 39: 650– 655

BERSAGLI DEGLI ANTIBIOTICI SINTESI PARETE DNA GIRASI TOPOISOMERASI DNA POLIMERASI NOVOBIOCINA CICLOSERINE FOSFOMICINA GLICOPEPTIDI BACITRACINA PENICILLINE CEFALOSPORINE MONOBATTAMI CARBAPENEMI RNA POLIMERASI RIFAMPICINA THF DNA DHF METABOLISMO ACIDO FOLICO CHINOLONI m. RNA 50 30 SINTESI PROTEICA Inibitori 50 S MACROLIDI CLORAMFENICOLO LINCOSAMIDI PABA SULFAMIDICI TRIMETOPRIM MEMBRANA POLIMIXINE SINTESI PROTEICA Inibitori 30 S SINTESI PROTEICA t. RNA MUPIROCINA PUROMICINA TETRACICLINE SPECTINOMICINA STREPTOMICINA AMINOGLICOSIDI NITROFURANI

PRINCIPALI MECCANISMI D’AZIONE DEI FARMACI ANTIINFETTIVI Ø Inibizione della sintesi della parete batterica § Antibiotici beta-lattamici (penicilline, cefalosporine, carbapenemi, monobattami) § Vancomicina, teicoplanina, daptomicina Ø Alterazione della membrana cellulare § Antifungini azolici (fluconazolo, itraconazolo, voriconazolo, posaconazolo) § Amfotericina B, flucitosina (antifungini)

PRINCIPALI MECCANISMI D’AZIONE DEI FARMACI ANTIINFETTIVI Ø Inibizione della sintesi proteica § § § Macrolidi Tetracicline Cloramfenicolo Clindamicina, lincomicina Aminoglicosidi Ø Azione a livello del DNA § § Nitrofurantoina Metronidazolo Acyclovir, ganciclovir, foscarnet (antivirali) Chinoloni

PRINCIPALI MECCANISMI D’AZIONE DEI FARMACI ANTIINFETTIVI Ø Blocco di tappe metaboliche essenziali per il batterio § Sulfamidici § Trimetoprim

Post-antibiotic effect (PAE) THE PERSISTENT SUPPRESSION OF BACTERIAL GROWTH FOLLOWING EXPOSURE TO AN ANTIMICROBIAL AGENT Bigger J. M. 1944; Parker R. F. 1948, Eagle H. 1949 PAE is demonstrated in vitro by osserving bacterial growth kinetics after antibiotic removal. PAE has also been demonstrated in vivo in a variety of animal infection models.