QUÍMICA FARMACÊUTICA II. Agentes Antimaláricos

Agentes Antimaláricos

Antiparasitários – Agentes antimaláricos

- Introdução: ciclo de vida do parasita e alvos para o tratamento e profilaxia da malária

• Aminoquinolinas e amino-álcoois • Artemisinina e peróxidos sintéticos

• Antifolatos

- Novos alvos e novas abordagens terapêuticas - Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento

Malária (humana)

:

5 espécies do género Plasmodium (P. falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae, P. knowlesi)

P. falciparum e P. vivax: > 95% dos casos de malária

P. falciparum: quase todos os casos severos e fatais

Em 2002 estimou-se que existiam 660 milhões de casos clínicos de malária a P. falciparum que morriam 1-3 milhões pessoas/ano, na maioria crianças com menos de 5 anos (1 morte cada 30 segundos)

homepage.mac.com

1º tratamento efectivo – casca Cinchona (habitantes Perú)

introduzido na Europa séc. XVII (Jesuítas)

Avanços científicos significativos sobre a Malária

Laveran - (1880) observa parasitas dentro de

eritrócitos de pessoas com malária (Prémio Nobel Medicina – 1907)

Illustration drawn by Laveran of various stages of malaria parasites as seen on fresh blood. Dark pigment granules are present in most stages.

www.lawestvector.org

P. vivax e P. ovale

acordo com a fase em que actuam

Esquizonticida sanguíneo ou agente supressor: fármaco que actua sobre as formas assexuadas sanguíneas do parasita prevenindo a esquizogonia e acabando com os sintomas da doença. Podem ser supressores (eliminação

completa dos parasitas) através de uma terapia ininterrupta (cloroquina, quinina, amodiaquina, artemisinina, antifolatos)

É a fase mais fácil de tratar

Esquizonticida tecidular ou agente profiláctico causal: fármaco que actua sobre as formas assexuadas do parasita nos tecidos (fígado)

Primário – actua sobre as formas pré-eritrocíticas evitando a invasão dos

eritrócitos (primaquina)

Secundário – actua sobre as formas exo-eritrocíticas secundárias ou latentes

Gametocitocida: fármaco que actua sobre as formas sexuadas do parasita evitando a transmissão ao mosquito (primaquina)

Esporontocidas: fármaco que actua sobre os esporozoítos matando o parasita assim que entra na corrente sanguínea logo após a picada do mosquito

Supressão ou profilaxia clínica: prevenção dos sintomas clínicos e da parasitémia por acção sobre as formas assexuadas sanguíneas

(cloroquina, amodiaquina, artemisinina, proguanilo, pirimetamina)

Profilaxia causal: prevenção completa da infecção eritrocítica por acção de agentes que actuam sobre os esporozoítos ou sobre as formas tecidulares primárias do parasita (primaquina)

Cura clínica: alívio dos sintomas e recuperação aparente do doente, sem que, necessariamente, tenha havido eliminação completa da infecção (cloroquina, amodiaquina)

H O H N O N H

Quinina – 1ª substância pura a ser usada em terapêutica

N S

N N

+

Azul de metileno (corante)

Paul Ehrlich

Azul metileno – efectivo a corar parasitas da malária

Azul de metileno

– base para desenvolvimento de

antimaláricos sintéticos

N N S N N N N O N H N N Cl N H N O N H N +

substituição de 1 grupo metilo por 1 cadeia dialquilamino-alquilo

cadeia lateral ligada a diferentes sistemas heterocíclicos

pamaquina (1925)

4-Aminoquinolinas

- Esquizonticidas sanguíneos

- Fármacos sintomáticos (actuam na fase da doença em que há sintomas)

N Cl

N

H N

- Introduzida durante 2ª Guerra Mundial - Boa eficácia

Mecanismo de acção

• Parasita intra-eritrocítico Hemoglobina (endocitose) • Hb : digerida no V.A. por proteases aa e heme

• Heme (FeII) Heme (FeIII): tóxico para o parasita

Mecanismo de acção

β β β

Heme

β-hematina

Hemozoína

Mecanismo de acção

- Acumulação no interior do V.A.

do parasita (pH V.A. 5,3)

CQ (pK_a1 = 8,1 pK_a2 = 10,2)

- Bloqueio da formação da hemozoína

- Ligação do fármaco ao heme e alteração da permeabilidade da membrana do vacúolo?

Resistência dos parasitas à Cloroquina

- uso massivo de CQ

- > 80% isolados são resistentes à CQ

- acumulação de CQ no V.A. é menor

- efluxo rápido do fármaco e não diminuição do uptake

Resistência dos parasitas à Cloroquina

- mutação no gene pfcrt que codifica para uma proteína, PfCRT (chloroquine resistance transporter), localizada no V.A.

Reversores da resistência à CQ N MeO MeO OMe OMe CN Verapamil N N Cl Clorfeniramina

Modificações estruturais na CQ

1 – Alteração do comprimento da cadeia diamino-alquilo

Cadeia lateral:

Exemplo : encurtamento da cadeia lateral N Cl N H NEt₂ AQ 13

- retem actividade contra parasitas resistentes à CQ

IC₅₀ – 59 nM AQ13 IC₅₀ – 315 nM CQ

- em doses elevadas AQ13 é mais tóxica do que a CQ, em ratos - os 2 resíduos alquilo no N terminal sofrem desalquilação

Alternativa N F₃C N H N H

2 – Introdução de grupos aromáticos na cadeia lateral N Cl N H OH NEt₂ Amodiaquina (AQ) - aumento da lipofilia

- efectiva contra estirpes resistentes à CQ - barata

N Cl N H NEt2 N Cl N NEt2 O N Cl N H OH NEt₂ S R [O] R-SH

Quinonimina – sucesptível a ataque nucleofílico (grupos tiol)

N Cl N H OH NEt₂ Isoquina

Activa contra estirpes resistentes à CQ, in vitro (K1) > AQ N Cl N H OH N H Terc-butilisoquina

Evitar a α-hidroxilação enzimática

N Cl N H F N H Fluoro-amodiaquina

3 – Dimerização das 4-aminoquinolinas

• ligação feita por linkers de tamanho e natureza variável • tamanho da molécula não permite que se possa inserir no

sítio de ligação do substrato da PfCRT

N N N N N N Cl _Cl Piperaquina

- desenvolvida nos anos 1960 - largamente usada na China

N Cl N H N CH₃ Bases fracas Acumulação no V.A.

Sub-estrutura para complexação Fe(III) da Protoporfirina IX (heme)

Inibição da formação da

β ββ

H O H N O H N R _S Quinina

• Ainda é um fármaco importante no tratamento da malária • Tratamento durante 7 dias

N H N O H CF₃ CF₃ Mefloquina

Sintetizada durante a II G. M. : protótipo quinina Seleccionada em 1963 Walter Reed Army

Uso terapêutico em 1985 Activa por via oral

Efectiva contra as fases intra-eritrocíticas

Efectiva em dose única em zonas com baixo nível de resistência

O H N O H N O H N O H N N H N O O H H Q=1,0 Q=1,0 Q=0,3 (Racemato) Q = Equivalente de quinina

N H N O H Cl Cl N H N O H Cl Cl Cl Cl N H N O H CF₃ CF₃

Actividade antimalárica aumentada; fototoxicidade inaceitável

Retém actividade alta sem fototoxicidade

8-Aminoquinolinas

N O N H N

• Protótipo das 8-aminoquinolinas

• Início II Guerra Mundial – único fármaco anti-recaídas disponível

• Toxicidade – síntese de outras 8-aminoquinolinas

N N

H

NH₂

• Cura radical malária P. vivax e profilaxia causal • Activa contra formas exo-eritrocíticas primárias

(P. vivax e P. falciparum)

• Activa contra formas exo-eritrocíticas latentes (P. vivax e P. ovale)

• Activa contra formas sanguíneas assexuadas em doses elevadas e tóxicas (P. falciparum e P. vivax)

• Activa contra as formas sexuais sanguíneas dos diferentes

Plasmodia

• Hemólise intravascular aguda em doentes com deficiência em G6PD

• t_1/2 relativamente curto (4-6h) – administração diária

durante 14 dias para a cura

Esforço de síntese e de screening de várias 8-aminoquinolinas por parte do WRAIR e de outros grupos estabeleceu a

N R R R N H R X 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4

• Substituição em C4 (R2_{) e C2 (R}3_{) pode aumentar o índice terapêutico}

4-CH₃ 4-OCH₃ 2-CH₃ 2-OCH₃

• Substituição em C5 (R1_{) pode melhorar a actividade}

• fornece um grupo atractor de electrões e ao mesmo tempo aumenta o impedimento estéreo dificultando o metabolismo oxidativo dos outros substituintes

• Aumento do t _1/2 de eliminação

A tafenoquina foi seleccionada relativamente ao WR225448 devido a uma melhor actividade terapêutica

Estudos clínicos em humanos - 1992

Manufacturada pela GlaxoSmithKline

Actualmente está a ser investigada como possível tratamento e profilaxia para a malária

O O O H H O O1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Artemisinina

(isolada 1971 – Artemisia annua)

• Eliminação rápida da parasitémia

• Elevada eficácia em malária grave (cerebral – P. falciparum) • Toxicidade baixa

• Eficaz contra formas eritrocíticas (cura e profilaxia clínicas) • Solubilidade aquosa/oleosa inadequada e baixa/irregular

biodisponibilidade oral

- Característica estrutural chave de todas as artemisininas – sub-estrututa 1,2,4-trioxano (endoperóxido)

O O O H H O O

- Mecanismo não está completamente esclarecido

• Clivagem do endoperóxido pelo FeII do heme originando

radicais 1ários _{ou 2}ários _{centrados no carbono}

• Reacção com diferentes alvos proteicos ou com o heme

(inibição de uma série de enzimas e da destoxificação do heme)

• Inibição de uma bomba de Ca2+ _{dependente do ATP localizada}

O O H H O O OR O O H H O O O O O O O O H H O O O O O R: -CH₃ – Artemeter

-CH₂CH₃ - Arteeter Lipofilia (melhoria absorção_{GI – Admin. Oral)}

• Artesunato - solubilidade aquosa ( i.v. - malária severa).

• Também i.m., oral e rectal • Instabilidade química

• Artelinato – solúvel água

• Metabolização rápida – t_1/2 curto O O H H O O O O O H H O O OH O O O H H O O O OH OH OH OH O H O H HOOC desalquilação oxidativa hidroxilação glucoronação

• Neurotoxicidade – pensa-se que devido ao metabolito DHA

• Compostos com boa actividade in vitro

• Alguns com actividade in vivo promissoras

• Nenhum entrou em fase clínica de desenvolvimento

Todos estes compostos tinham alguma limitação • Sínteses complicadas

• Obtenção de produtos racémicos

• Propriedades farmacocinéticas fracas

O O O O N H NH₂ OZ-227

- Bom balanço estabilidade/reactividade • Sistema 1,2,4-trioxalano

• resíduo de adamantano dá-lhe estabilidade

• ciclo-hexano permite-lhe ter reactividade suficiente para ter actividade

O O O O N H NH₂ OZ-227

Antifolatos

- Inibem a síntese do DNA

- Os parasitas necessitam sintetizar o ácido fólico, usado como co-factor na síntese das pirimidinas

- São usados como agentes profilácticos e como agentes terapêuticos contra a malária

- Inibidores da dihidropteroato sintetase (DHPS) são selectivos para o parasita (enzima ausente nos humanos)

S N H₂ NH₂ O O N N OMe OMe N N MeO OMe N N MeO N H S N H₂ O O R Dapsona

DHFR como alvo terapêutico

N N N H OH N H₂ N N H R N N N H OH N H₂ N H HN R NADPH NADP+ Cl NH N H N H N H N H Cl N N NH₂ N H₂ N N Cl N NH₂ N H₂

Proguanilo Cicloguanilo Pirimetamina

Ácido di-hidrofólico Ácido tetra-hidrofólico

- Utilização simultânea de inibidores da DHPS e da DHFR - Aplicação em zonas de elevada resistência à cloroquina

- Número crescente de casos de resistência •Sulfadoxina/pirimetamina

•Sulfaleno/pirimetamina

Resistência aos inibidores da DHPS

• biossíntese aumentada de PABA pelo parasita

• enzima mutante com ligação diminuída das sulfonamidas

(maior K_i)

• captação diminuída das sulfonamidas pelo parasita

Resistência aos inibidores da DHFR

Compostos que actuam na cadeia respiratória

O transporte de electrões na cadeia respiratória mitocondrial do P. falciparum não está acoplado à síntese de ATP.

A função mais importante da cadeia respiratória mitocondrial parece ser receber os electrões provenientes das desidrogenases

Os electrões são transferidos de diferentes desidrogenases para a ubiquinona (coenzima Q)

Os parasitas necessitam sintetisar as pirimidinas

Lapachol

Actividade antiplasmodial conhecida desde 1940

Falta de interesse destes compostos devido à disponibilidade da CQ

Menoctona

Características essenciais para actividade antiplasmódica: - 2-hidroxinaftoquinona

- resíduo ciclo-hexilo na cadeia lateral

Atovaquona

Metabolicamente mais estável

Actividade protozoária de largo espectro

Liga-se ao sítio Q₀ do citocromo bc₁ e bloqueia o transporte de es

Colapso do potencial da membrana mitocondrial

Shutdown do metabolismo mitocondrial (síntese das pirimidinas)

Morte do parasita

Cara

Desenvolveu rapidamente resistência à malária (troca de 1 aa no sítio Q₀)

Forte sinergismo com o proguanilo

Desde anos 1990 administrada em conjunto com proguanilo (Malarone)

Usado em terapia e profilaxia

Lipofílica (admin. com comidas gordas) Geralmente bem tolerada

Apicoplasto Novos Alvos:

Replicação e transcripção do DNA; Biossíntese ácidos gordos II;

Biossíntese isoprenil

Vacúolo Alimentar Novos Alvos:

Falcipaínas e plasmepsinas

Mitocôndria Novos Alvos:

Dihidrooroato desidrogenase

Citoplasma Novos Alvos:

Glicólise; proteínas quinases; biossíntese de nucleótidos

P. falciparum intra-eritrocítico e possíveis novos alvos terapêuticos

Membrana Plasmática Novos Alvos:

Transporte de glucose; fluxo de nutrientes; antiporte Na+_/H+

Parasita

Apicoplasto Novos Alvos:

Replicação e transcripção do DNA; Biossíntese ácidos gordos II;

Biossíntese isoprenil

Vacúolo Alimentar Novos Alvos:

Falcipaínas e plasmepsinas

Mitocôndria Novos Alvos:

Dihidrooroato desidrogenase

Citoplasma Novos Alvos:

Glicólise; proteínas quinases; biossíntese de nucleótidos

P. falciparum intra-eritrocítico e possíveis novos alvos terapêuticos

Membrana Plasmática Novos Alvos:

Transporte de glucose; fluxo de nutrientes; antiporte Na+_/H+

Terapia de combinação

ACT (artemisinin-based combination therapy) – recomendada

pela OMS.

Adoptada pela maior parte dos países africanos e asiáticos onde a malária é endémica.

Combinação dupla ou tripla de fármacos com o objectivo de diminuir ou evitar o aparecimento de resistência aos fármacos

Exemplos: artesunato+mefloquina artesunato+amodiaquina

Objetivo: registar fármacos com um perfil adequado

Eficazes contra estirpes resistentes a outros fármacos

Cura em 3 dias (usando dose única diária)

Toxicidade baixa principalmente para crianças e grávidas

Baixo risco de aparecimento de resistência

Para aumentar o sucesso no desenvolvimento de fármacos antimaláricos têm sido investigadas várias aproximações:

Re-design de fármacos já existentes (quinolinas e peróxidos)

Novos usos de fármacos antigos (Lapdap+Art.)

Usar novos alvos específicos do parasita (identificados por

- 1ª doença tratada com uma substância pura (quinina)

- 1ª doença tratada com uma substância sintética (azul de metileno) - Início do séc. XX – endémica até à Noruega

- 2ª Guerra Mundial – aparecimento da cloroquina. Efectiva, segura e barata (fármaco maravilha)

- Amodiaquina: efectiva contra várias estirpes resistentes à CQ. Problemas de toxicidade.

- Mefloquina: eficiência diminuida. Combinação com artesunato.

- Lumefantrina: combinação com artemeter

- Atovaquona /proguanilo: efectiva em terapia e profilaxia (cara)

- Artesunato: principal componente na terapia de combinação das

artemisininas (recomendada pela OMS).

- Primaquina: único fármaco anti-recaídas (activo contra as formas

latentes do P.vivax e P. ovale).

1 - http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/114269691/PDFSTART M. Schlitzer, ChemMedChem 2007, 2, 944-986

2 - Burger’s Medicinal Chemistry and Drug Discovery 6th _{Edition, Volume 5: Therapeutic Agents}