antimaláricos 2016

QUÍMICA FARMACÊUTICA II
Agentes Antimaláricos
Ano lectivo 2016/2017
Francisca Lopes
Sumário
Antiparasitários – Agentes antimaláricos
- Introdução: ciclo de vida do parasita e alvos para o tratamento e profilaxia
da malária
- Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
•  Aminoquinolinas
4-aminoquinolinas
8-aminoquinolinas
•  Artemisinina e peróxidos sintéticos
- Novos alvos e novas abordagens terapêuticas
1
INTRODUÇÃO
Introdução
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)
2015 (OMS) – 214 milhões de casos clínicos e 438 000 mortes
2
Introdução
http://www.ucsf.edu/news/
2011/10/10771/malariaelimination-maps-highlightprogress-and-prospects
Introdução
Registos de malária – 2700 anos A.C. (China)
1º tratamento efetivo – casca Cinchona (habitantes Perú)
introduzido na Europa séc. XVII (Jesuítas)
1820 – isolamento da quinina
(Pelletier e Caventou)
3
Introdução
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.
The bottom row shows an exflagellating male
gametocyte, which produces “…filiform
elements which move with great vivacity…”
Introdução
Sir Ronald Ross – (1898) transmissão da
malária por mosquitos (Prémio Nobel da
Medicina em 1902)
4
Introdução
P. vivax e P. ovale
- hipnozoítos (fígado)
www.lawestvector.org
Introdução
Ciclo de vida do parasita e classificação dos antimaláricos de
acordo com a fase em que atuam
Adaptado de M. Schlitzer, ChemMedChem 2007
5
Fármacos antimaláricos
e seu desenvolvimento
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
H
N
HO
H
O
Quinina – 1ª substância pura
a ser usada em terapêutica
(antimalárico)
N
6
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
N
+
S
N
Azul de metileno (corante)
N
Azul metileno – efetivo a corar parasitas
da malária
1891 – curou 2 doentes de malária com
azul de metileno (1º composto de
síntese a ser usado em terapia)
Paul Ehrlich
7
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Azul de metileno – base para desenvolvimento de
antimaláricos sintéticos
1920 – Químicos da Bayer (empresa de tintas, Alemanha)
começam a modificar a estrutura do azul de metileno
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
N
+
S
N
N
substituição de 1 grupo metilo
por 1 cadeia dialquilamino-alquilo
N
+
S
N
N
N
cadeia lateral ligada a
diferentes sistemas
heterocíclicos
O
HN
N
HN
N
N
Cl
N
cloroquina (1934)
pamaquina (1925)
N
HN
O
Cl
N
mepacrina (1932)
8
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
4-Aminoquinolinas
- Esquizonticidas sanguíneos
-  Fármacos sintomáticos (atuam na fase da doença
em que há sintomas)
HN
Cl
N
N
- Introduzida durante 2ª Guerra Mundial
- Boa eficácia
- Toxicidade baixa
- Barata
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
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
•  Destoxificação do heme
Formação de hemozoína (pigmento
da malária)
9
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Mecanismo de ação
β-hematina
Heme
Hemozoína
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Mecanismo de ação
-  Acumulação no interior do V.A.
do parasita (pH V.A. 5,3)
CQ (pKa1 = 8,1
pKa2 = 10,2)
-  Bloqueio da formação da
hemozoína
-  Ligação do fármaco ao heme
e alteração da permeabilidade
da membrana do vacúolo?
www.tulane.edu
10
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Resistência dos parasitas à Cloroquina
-  uso massivo de CQ
-  > 80% isolados são
resistentes à CQ
GLOBAL MAP: Red areas shows where chloquine is sensitive and shaded
areas shows chloroquine resistance. (Map is from the centre for Disease
control and prevention, USA;: Adapted from Rang et al. 1996)
homepages.uel.ac.uk
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Resistência dos parasitas à Cloroquina
- acumulação de CQ no V.A. é menor
- efluxo rápido do fármaco e não diminuição do uptake
-  mutação no gene pfcrt que codifica para uma proteína, PfCRT
(chloroquine resistance transporter), localizada no V.A.
-  função fisiológica da PfCRT: transporte de aa ou péptidos,
da degradação da Hb, para o citoplasma
11
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Modificações estruturais na CQ
Introdução de grupos aromáticos na cadeia lateral
OH
NEt2
HN
Amodiaquina (AQ)
Cl
N
- aumento da lipofilia
- efetiva contra estirpes resistentes à CQ
- barata
-  toxicidade após uso profiláctico (3 semanas a 10 meses)
(interesse terapêutico diminuiu drasticamente)
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
OH
HN
O
NEt2
NEt2
N
[O]
Cl
N
Cl
Quinonimina – sucesptível a ataque
nucleofílico (grupos tiol)
N
R-SH
S
- hepatotoxicidade
R
OH
HN
- imunogenicidade
Cl
NEt2
N
12
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Estratégias para prevenir a formação da quinonimina
NEt2
OH
HN
Cl
N
Activa contra estirpes resistentes à CQ, in vitro
(K1) > AQ
Isoquina
HN
HN
Evitar a α-hidroxilação enzimática
OH
Início de ensaios clínicos (GlaxoSmithKline)
Cl
N
Terc-butilisoquina
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
F
HN
Cl
N
H
N
Fluoro-amodiaquina
Não avançou para além de testes pré-clínicos
13
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Relação estrutura-atividade das 4-aminoquinolinas
CH3
Inibição da
formação da
β-hematina
Cl
N
HN
N
Bases fracas
Acumulação no V.A.
Sub-estrutura para complexação
Fe(III) da Protoporfirina IX (heme)
14
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
8-Aminoquinolinas
O
Pamaquina (1925)
N
HN
N
•  Protótipo das 8-aminoquinolinas
•  Início II Guerra Mundial – único fármaco
anti-recaídas disponível
•  Toxicidade – síntese de outras 8-aminoquinolinas
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
O
Primaquina (USA-1950)
N
HN
NH2
•  Cura radical malária P. vivax e profilaxia causal
•  Ativa contra formas exo-eritrocíticas primárias
(P. vivax e P. falciparum)
•  Ativa contra formas exo-eritrocíticas latentes
(P. vivax e P. ovale)
•  Ativa contra as formas sexuais sanguíneas dos diferentes
Plasmodia
•  Ativa contra formas sanguíneas assexuadas em doses elevadas
e tóxicas (P. falciparum e P. vivax)
15
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
•  Hemólise intravascular aguda em doentes com deficiência
em G6PD
•  t1/2 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
relação estrutura atividade destes compostos
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Relações estrutura actividade
5-O-arilo (O
)
X 6
Melhora a
atividade
4-CH3
X
R1
R2
5
4
4-OCH3
3
2
7
N
8
HN
1
R
4
R3
2-CH3
Aumenta o indice
terapêutico
2-OCH3
Substituição na posição 5:
•  fornece um grupo atrator de electrões e ao mesmo tempo
aumenta o impedimento estéreo dificultando o metabolismo
oxidativo dos outros substituintes
•  aumento do t 1/2 de eliminação
16
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
F3C
O
O
WR 225448 (1975)
N
O
HN
NH2
N
HN
NH2
Primaquina
F3C
O
Tafenoquina (1979)
O
N
HN
O
NH2
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
A tafenoquina foi selecionada relativamente ao WR225448
devido a uma melhor atividade terapêutica
Estudos clínicos em humanos - 1992
2014 – Ensaios clínicos fase III
Manufacturada pela GlaxoSmithKline
17
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Artemisinina e Derivados
5
4
3
12O
H
6
7
2
O
1
O
11
8
H
O
Artemisinina
(isolada 1971 – Artemisia annua)
9
10
O
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Youyou Tu, prémio Nobel da Medicina
2015
O
O
O
1967 – Projeto 523 (projeto nacional chinês contra a malária)
O
O
1971 – Extrato de Artemisia annua 100% efetivo em
ratinhos e macacos infetados
Artemisinina
1972 – Isolamento e identificação do princípio ativo
18
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Artemisinina
•  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
•  t1/2 de eliminação curto (~ 4 horas)
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Mecanismo de acção
-  Característica estrutural chave de todas as artemisininas – subH
estrututa 1,2,4-trioxano (endoperóxido)
O
O
O
H
O
- Mecanismo não está completamente esclarecido
O
•  Clivagem do endoperóxido pelo FeII do heme originando
radicais 1ários ou 2ários 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
no retículo endoplasmático (Pf ATP6)
19
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
H
H
H
FeO
O
O
FeII
O
O
H
O
FeO
.
O
H
O
.
HO
O
O
.
O
H
O
O
FeII
O
H
O
.
H
CH2
O
FeO
O
O
H
FeO
O
O
H
H
O
O
O
H
O
O
O
H
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Derivados da Artemisinina
H
O
O
O
R: -CH3 – Artemeter
-CH2CH3 - Arteeter
H
O
1ª Geração
Lipofilia (melhoria absorção
GI – Admin. Oral)
OR
H
O
O
H
O
O
O
H
O
H
O
O
O
O
O
O
•  Artesunato - solubilidade aquosa
( i.v. - malária severa).
•  Também i.m., oral e rectal
•  Instabilidade química
O
O
O
•  Artelinato – solúvel água
•  Mais estável quimicamente
20
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Inconvenientes
•  Metabolização rápida – t1/2 curto
H
H
O
O
OH
H
O
O
desalquilação
H
O
oxidativa
O
O
O
H
O
OH
O
O
hidroxilação
HOOC
OH
O
H
O
glucoronação
OH
O
O
OH
HO
HO
Artemisininas semi-sintéticas dependem do fornecimento
suficiente de artemisinina isolada das plantas
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Endoperóxidos sintéticos
H
O O
O
O
O
O
O
S
HO
IC50 = 15 nM
IC50 = 31 nM
H
O
O O
O
O
IC50 = 2,8 nM
21
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
Todos estes compostos tinham alguma limitação
•  Sínteses complicadas
•  Obtenção de produtos racémicos
•  Propriedades farmacocinéticas fracas
Nenhum entrou em ensaios clínicos
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
O O
O
O
H
N
OZ-227
NH2
- Bom balanço estabilidade/reactividade
•  sistema 1,2,4-trioxalano (atividade antimalárica)
•  resíduo de adamantano dá-lhe estabilidade
•  ciclo-hexano permite-lhe ter reactividade suficiente
para ter actividade
•  resíduo aminoacilo confere-lhe polaribilidade e solubilidade
correctas para as propriedades farmacológicas
22
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
O O
O
O
H
N
OZ-227
NH2
- Apresenta atividade alta contra isolados de Plasmódio
- Atua na mesma fase do parasita que a artemisinina
- Entrou em ensaios clínicos
Fármacos antimaláricos e seu desenvolvimento
23
Novos alvos e novas
abordagens terapêuticas
Novos alvos terapêuticos
Eritrócito
Citoplasma Novos Alvos:
Glicólise; proteínas quinases;
biossíntese de nucleótidos
Apicoplasto Novos Alvos:
Replicação e Novos
transcripção
Apicoplasto
Alvos:do DNA;
Replicação
transcripção
Biossíntese eácidos
gordos do
II; DNA;
Biossíntese ácidos
gordos II;
isoprenil
Biossíntese isoprenil
Vacúolo
Vacúolo Alimentar
Alimentar Novos
Novos Alvos:
Alvos:
Falcipaínas
Falcipaínas ee plasmepsinas
plasmepsinas
Mitocôndria Novos
Novos Alvos:
Alvos:
Mitocôndria
Dihidrooroato desidrogenase
desidrogenase
Dihidrooroato
Parasita
Membrana Plasmática Novos Alvos:
Transporte de glucose; fluxo de
nutrientes; antiporte Na+/H+
P. falciparum intra-eritrocítico e possíveis novos alvos terapêuticos
24
Novas abordagens terapêuticas
Terapia de combinação
Combinação dupla ou tripla de fármacos com o objetivo
de diminuir ou evitar o aparecimento de resistência aos
fármacos
ACT (artemisinin-based combination therapy) – recomendada
pela OMS.
Adoptada pela maior parte dos países africanos e asiáticos
onde a malária é endémica.
Exemplos: artesunato+mefloquina
artesunato+amodiaquina
artesunato+sulfadoxina+pirimetamina
Novas abordagens terapêuticas
Fármacos híbridos
Trioxaquina
4-aminoquinolina-imipramina
H
O
O
O
O
H
N
NH
O
OMe
Artemisinina-dipeptidilvinilsulfona
Artemisinina-primaquina
25
MMV portfólio
Portfolio MMV (Medicines for Malaria Venture)
Objetivo: registar fármacos com um perfil adequado
v  Eficazes contra estirpes resistentes a outros fármacos
v  Cura em 3 dias (usando dose única diária)
v  Toxicidade baixa principalmente para crianças e grávidas
v  Baixo risco de aparecimento de resistência
v  Baixo custo
MMV portfólio
Coartem = lumefantrina+artemeter
Coarsucam=artesunato+amodiaquina
26
Global Portfolio of Antimalarial Medicines, 3Q 2015
Bibliografia
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
New York: John Wiley & Sons, INC., 2003
27