Quimioterapia parasitária

Princípios, mecanismos,desenvolvimento de novos fármacos

Revisão baseada em publicações até 1993

A prevenção das doenças parasitárias com:

- adoção de medidas ecológicas, - sanitarismo, -controle de vetores,

é sem dúvida a melhor maneira de evitar o sofrimento da população. Contudo, uma vez instalada a doença, o recurso que resta para amenizar o sofrimento é o tratamento.

QUIMIOTERAPIA

Consiste na administração de agentes quimioterápicos específicos.

quimio = químicos, geralmente moléculas orgânicas;

terápicos = tratamento.

TRATAMENTO

O desenvolvimento de quimioterápicos específicos está condicionado ao entendimento da fisiologia do parasito.

E o modo de ação de um quimioterápico pode fornecer informações sobre a fisiologia do parasito.

O modo de ação de diferentes classes de drogas, permite, com base no conhecimento da bioquímica do parasita, uma discussão de ação em diferentes alvos e assim propicia o substrato para o desenvolvimento de novas drogas.

Novos fármacos são sempre necessários uma vez que os parasitas acabam apresentando, através de mecanismos diversos, resistência ao quimioterápico mais frequentemente utilizado.

1. O agente anti-parasitário deve causar dano ao parasito sem contudo ser prejudicial ao hospedeiro.

2. O fármaco deve ser de fácil administração e de preferência deve causar nenhum ou poucos efeitos colaterais no hospedeiro

CARACTERÍSTICAS

1. O agente anti-parasitário deve causar dano ao parasito sem contudo ser prejudicial ao hospedeiro.

O fármaco deve ter alvos de ação específicos, que de preferência estejam ausentes no hospedeiro, ou se presentes, o composto deve ter maior afinidade pelo alvo do parasito do que do hospedeiro.

Fármacos de administração oral são melhores que injetáveis. Outros alvos ou reações adversas, mesmo que inofensivas (por exemplo, alteração da cor da urina) devem ser evitadas.

2. O fármaco deve ser de fácil administração e de preferência deve causar nenhum ou poucos efeitos colaterais no hospedeiro.

A penicilina é um exemplo marcante de “fármaco perfeito”. Seu mecanismo de ação baseia-se na interferência na síntese da parede bacteriana, uma via biossintética sem correspondência no hospedeiro vertebrado!

EXEMPLO

ALVOS

5. Metabolismo em geral.

1. Material Genético : danos em DNA, RNA, Síntese de Proteínas.

2. Respiração celular.

3. Transporte e movimento.

4. Permeabilidade.

ALVOS

1. Formação de radicais livres tóxicos. 2. Interferência na biossíntese/metabolismo de

folatos. 3. Interferência da biossíntese de pirimidinas. 4. Interferência no metabolismo de purinas. 5. Interferência em reações de metilação. 6. Interferência na síntese de poliaminas. 7. Alterações na membrana celular. 8. Interferência na via glicolítica. 9. Efeito em microtúbulos. 10. Efeitos em nervo e músculo. 11. Outros alvos. 12. Mecanismo ainda desconhecido.

MODO DE AÇÃO

A demonstração que uma droga afeta uma determinada enzima ou uma atividade biológica particular não constitui uma prova de que aquele é o modo de ação da droga. Além disso um fármaco pode agir em diferentes atividades metabólicas ao mesmo tempo. Este é o caso para agentes que exercem seus efeitos através da formação de radicais livres tóxicos, por ex por redução de compostos como nitroimidazol/ benznidazol(a).

Metronidazol (derivado de 5-nitroimidazol)

1- Formação de Radicais Livres Tóxicos

Metronidazol

Não é tóxico, mas a redução do grupamento nitro resulta na formação de radicais livres de vida curta que são cito-tóxicos.

Organismos com via metabólicas cujo potencial de óxido-redução seja baixo e cujo transporte de elétrons esteja ligado a ferrodoxina ou riboflavina são eficientes na redução de nitroimidazóis. É portanto, contra este tipo de organismos que o metronidazol vai ser eficiente.

Os detalhes da ação da droga não são conhecidos uma vez que os produtos intermediários não são isoláveis e sua existência foi inferida indiretamente.

METRONIDAZOL

Organismos que apresentam metabolismo anaeróbico.

Giardia lamblia, Entamoeba histolytica, Trichomonas vaginalis.

DANO: Material genético, proteínas e possivelmente outros alvos.

A enzima que faz a redução do metronidazol é a piruvato ferrodoxina oxidoredutase. Essa enzima não existe em células de mamíferos.

METRONIDAZOL

Derivado de nitrofurano, é uma das poucas drogas efetivas contra Trypanosoma cruzi e tem vários possíveis mecanismos de ação:

Na presença de NADH ou NADPH leva à produção de ânion superóxido e peróxido de hidrogênio que provavelmente oxidam lipídeos danificando célula

Inibe a tripanotiona redutase (enzima de defesa anti-oxidante do parasita)

Gera radical nitro-anion que danifica DNA do parasita

NIFURTIMOX

Uma dose de 15mg/kg propicia uma concentração sérica de 10 a 20 uM, concentração requerida para inibir o crescimento de T. cruzi in vitro e a mesma concentração que produz a formação máxima de O2

- na fração mitocondrial do parasita.

NIFURTIMOX

T. cruzi possui superóxido dismutase mas não possui catalase e apresenta pouca atividade de peroxidase.

A célula hospedeira, apesar de possuir essas enzimas ainda sofre efeitos tóxicos da droga, provavelmente causados pelos mesmos radicais livres.

A ação anti-parasitária de algumas células fagocíticas dependem em parte de um "burst" oxidativo que provavelmente libera radicais oxigênio e peróxido de hidrogênio.

NIFURTIMOX

Folatos são coenzimas em numerosas reações metabólicas essenciais.

Por ex., a síntese de novo de pirimidinas (C,U,T) envolve a ação de folato coenzimas .

O hospedeiro vertebrado é normalmente capaz de sintetizar pirimidinas, mas necessita de uma fonte exógena de ácido fólico.

Parasitas em que ocorre síntese de ácido fólico são sensíveis a drogas tais como ácido aminobenzóico (sulfa) que inibe a formação do ácido fólico.

2- Interferência na Biossíntese ou Metabolismo

de Folatos

Em Plasmodium e outros coccidia a enzima dehidrofolato redutase (DHFR) é diferente da forma correspondente no vertebrado.

A dehidrofolato redutase e a timidilato sintetase são, nesses organismos, uma única enzima com as duas atividades associadas.

Assim, inibidores de dehidrofolato redutase acabam por atuar na síntese de timidina e portanto de DNA.

Muitos parasitas (mas não o Plasmodium) possuem uma "via de salvação" de timidina, na qual participa a timidina quinase, e portanto não sofrem as conseqüências da inibição na via de síntese principal.

Plasmodium é sensível a pirimetamina (inibidor de DHFR) e também a sulfonamidas. (Fansidar= pirimetamina + sulfonamida)

Como as duas drogas atuam em diferentes pontos, administradas em conjunto elas apresentam uma ação sinergística.

Esse tipo de ação conjunta diminui as chances de aparecimento de resistência.

A droga age sobre a enzima humana, mas tem afinidade muito maior pela enzima do parasita.

3-Interferência na Biossíntese de Pirimidinas

Hidroxinaftoquinonas (quinonas - cloroquina)Inibem a síntese de pirimidinas .

Provavelmente a dihidroorotato deshidrodrogenase.

Derivados sintéticos

As afinidades são diferentes, o que acaba tornando o composto mais efetivo em doses terapêuticas.

BW720C é efetivo em doses terapêuticas de 2,5 mg/kg quando comparado a parvaquone cuja dose é 20 mg/kg. (Theileria em gado)

4- Interferência no metabolismo de purinas

Todos os protozoários, e também Schistosoma mansoni, requerem uma fonte exógena de purinas (A,G). Nenhum é capaz de sintetizar purinas de novo.

Assim esses parasitas, ao contrário do seu hospedeiro vertebrado, dependem de várias vias de salvação de purinas. Isto oferece enzimas únicas para alvos quimioterápicos, principalmente se a enzima em questão não for encontrada no hospedeiro.

A nucleotidil fosfotransferase, encontrada em Leishmania, transfere grupamentos fosfato de uma variedade de esters monofosfatos para a posição 5' de purina nucleosídeos e análogos.

Esses análogos fosforilados podem então seguir por dois caminhos: ou inibem enzimas essenciais do metabolismo de purinas, ou (caso formem nucleotídeos) podem ser incorporados no DNA/RNA do organismo, causando a formação de uma molécula defeituosa e portanto letal.

Alopurinol: efetivo no tratamento de leishmaniose.

Atenção : é usado para tratamento de gota (reduz os níveis de ácido úrico no sangue), mas deve ser observada a idade do paciente.

Quando o alvo da droga é DNA ou RNA, mesmo que a droga atue em enzimas do hospedeiro, deve se levar em consideração que a velocidade de replicação ou o próprio metabolismo do parasita é maior que a do hospedeiro, o que faz com que os danos sejam maiores para o parasita do que para o hospedeiro.

EXEMPLO

5- Interferência em reações de metilação

* A droga sinefungin é um análogo de adenosina conhecido por inibir metil transferases. Em uma concentração de 0,3 uM ocorre a completa inibição do crescimento de P. falciparum in vitro.* Inibe outros protozoários parasitas, mas em nenhum caso foi demonstrado o mecanismo exato de ação e a relação com a metilação.* Tendo em vista a importância da metilação no controle da expressão gênica e do tRNA metilado na síntese proteica, este é um campo aberto para ser explorado.

6- Interferência na síntese de poliaminas

As poliaminas estão presentes em todos os organismos vivos e são especialmente importantes na proliferação celular e diferenciação (empacotamento de DNA).

O primeiro e limitante passo da biossíntese de poliaminas é a formação de putrescina a partir da ornitina, numa reação catalisada pela ornitina descarboxilase.

As outras poliaminas, espermidina e espermina são sucessivamente formadas a partir da putrescina em reações envolvendo a descarboxilato S-adenosil metionina.

Um antimetabólito da ornitina, difluorometilornitina (DFMO) inibe especificamente a enzima ornitina descarboxilase.

Esta droga (DFMO) tem sido usada como inibidor de crescimento de P. falciparum e Trypanosoma africano, in vivo.

Uma vantagem neste último uso consiste na capacidade desta droga de atravessar a barreira hemato-encefálica, podendo atuar no sistema nervoso central, tecido alvo desses tripanosomas.

Novamente, a associação com Sinefungin produz um efeito sinergístico.

7- Alterações na membrana celular

Anfotericina B: interage com esteróides da membrana dos fungos e Leishmania, preferencialmente com ergosterol.

•A droga é tóxica e associada com severos efeitos colaterais, mas é muitas vezes a droga de escolha por não promover aparecimento rápido de resistência.

•Novas formulações lipídicas de anfotericina B retém a atividade anti-parasitária mas reduzem drasticamente sua toxicidade.

ergosterolergosterolcepa resistente

Via Glicolítica

8 - Interferência na via glicolítica

Plasmodium, Schistosoma, e Trypanosoma (sanguíneo) usam a via glicolítica para a obtenção de energia. Na forma sanguínea do tripanosoma, a enzima lactato desidrogenase está ausente. A regeneração do NAD a partir de NADH+

depende da conversão entre dehidroacetona fosfato:glicerol-3-fosfato mediada pela glicerol 3-fosfato oxidase.

Em condições anaeróbicas ocorre o acúmulo de glicerol como produto final.

O Ácido salicil-hidroxâmico (SHAM) inibe a glicerol 3 fosfato oxidase, simulando anaerobiose. Se glicerol for acrescentado, inibindo a glicerol quinase o metabolismo para e o tripanossoma morre.

Suramin inibe a glicerol-3-fosfato desidrogenase (Trypanosoma).Mersalen inibe piruvato quinase (tripanossoma).Antimoniais afetam a fosfofrutoquinase (Schistosoma; Leishmania).

Todas as drogas são mais ativas sobre a enzima do parasita do que sobre a do hospedeiro.

Este é um ponto importante quando os agentes atuam em sistemas tão vitais para o parasita quanto para o hospedeiro.

Via das Pentoses

A via das Pentoses é uma das responsáveis pela produção de NADPH nos seres vivos

NADPH produzido na Via das Pentoses e na mitocôndria reduz Glutationa GSSG a GSH

A glutationa reduzida (GSH) é importante na detoxificação de H2O2 e peróxidos orgânicos e na manutenção do ferro na forma Fe2+.

A hemácia com baixo GSH fica distorcida e vulnerável a hemólise e destruição pelo baço.

Droga antimalárica Pamaquina (usada nos anos 30) afeta G6Pdesidrogenase (via das pentoses), e causa anemia porque a Via das Pentoses é a única fonte de NADPH (e portanto de GSH) nas hemácias, que são desprovidas de mitocôndria.

9- Efeito em microtúbulos

Nesta categoria vamos encontrar os principais anti-helmínticos, os benzimidazóis.

A ação está baseada no bloqueio do transporte de grânulos secretores e movimentação de organelas subcelulales de nematóides parasitas de intestino.

Estes efeitos coincidem com o desaparecimento dos microtúbulos citoplasmáticos.

Mebendazol e fenbendazol inibem a ligação de colchicina a tubulina de Ascaris com uma constante de inibição de 1.9 x 10-8 M e 6.5 x10-8 M respectivamente, valores estes de 250-400 vezes mais altos que aquele observado para inibição de ligação de colchicina a tubulina de cérebro bovino (7.3 x 10-6 M e 1.7 x 10-5 M).

Esta afinidade diferencial certamente é favorável para a alta eficiência dessas drogas como anti-helmínticos. Além disso, os benzimidazóis não são absorvidos pela mucosa intestinal.

10- Efeitos em Nervo e Músculo

Obviamente drogas cuja ação afeta a motilidade muscular só são ativas em parasitas metazoários, tais como helmintos e artrópodes.

A sua eficácia depende de importantes diferenças entre o sistema nervoso desses parasitas e dos seus hospedeiros vertebrados.

Vertebrados apresentam prefencialmente receptores colinérgicos nicotínicos nas junções neuromusculares enquanto que os nervos que usam o ácido -aminobutírico (GABA) como transmissor encontram-se confinados no sistema nervoso central e portanto protegidos da ação de agentes presentes na circulação sanguínea pela barreira hemato-encefálica.

Nos insetos, os músculos apresentam sinapses excitatórias que utilizam o ácido L-glutâmico e um nervo inibidor que se utiliza de GABA como transmissor. O nervo colinérgico é coordenado pelo sistema nervoso central.

Em nematóides sinapses colinérgicas e GABAérgicas estão distribuídas ao longo de todo o corpo do organismo. Levamisole pode penetrar pela cutícula dos nematóides e agir sobre os receptores colinérgicos das junções neuromusculares, paralisando assim o verme que é então excretado pelo hospedeiro (Ascaris - eliminado pelas fezes).

Um importante grupo de quimioterápicos nesse tópico é constituído pelas avermectinas (ex: Ivermectina), agonistas de GABA que causam paralisia em nematódios e artrópodes.

A droga não age sobre o hospedeiro pois não tem ação sobre o sistema nervoso central, uma vez que não atravessa a barreira hemato-encefálica.

É interessante notar que avermectinas não tem ação sobre tremátodes e cestóides, o que sugere que nestes helmintos o sistema nervoso apresenta diferenças daquele dos nematóides.

Praziquantel - uma droga efetiva no tratamento de esquistossomose, afeta a contração muscular desses vermes aumentando o influxo de cálcio.

Em Schistosoma, a contração muscular é dependente da tomada de Ca2+

externo. Novamente vemos uma diferença entre nematóides e cestóides, uma vez que nestes últimos a contração muscular é dependente do Ca2+

endógeno.

A motilidade de Schistosoma pode também ser afetada através do metabolismo. A via glicolítica é a principal porém a formação de ovos requer oxigênio.

Ainda é interessante notar que drogas cuja ação consiste num bloqueio de motilidade devem ter ação prolongada a ponto de dar tempo de se eliminar o parasita.

Por exemplo: metrifonato é eficiente para S. hematobium e não para S. mansoni.

O S. hematobium paralisado se solta das veias da bexiga e é carregado para os pulmões e daí é eliminado ou quando cessa o efeito da droga não consegue voltar à bexiga.

Já S. mansoni solta das veias mesentéricas e é carregado para o fígado. Ao se recuperar da paralisia retorna para as veias mesentéricas.

11- Outros alvos gerais Tetraciclina - anti malárico, inibindo síntese de proteína mitocondrial.

Glaucorubinoses - droga efetiva contra câncer - anti malárico, inibidor de síntese proteica.

Quelantes - atuam na deprivação de metais essenciais como ferro, ou interferem na ação de metaloproteases, enzimas importantes no metabolismo.

Ex: fenol oxidase é essencial para a formação de ovos em Schistosoma - a droga dissulfuram inibe específicamente esta oxidase causando produção anormal de ovos.

Organismos com um ciclo de vida complexo possibilitam a intervenção de quimioterápicos em diferentes pontos.

Por exemplo, Schistosoma possui sexos separados e a fêmea necessita estar alojada no canal ginecóforo para estar madura sexualmente e colocar ovos.

A droga oxamniquine mata diferencialmente machos de Schistosoma e a fêmea sem os fatores produzidos pelo macho sofre uma regressão no sistema reprodutivo e para de por ovos.

Eliminação dos principais efeitos patogênicos, mantendo o verme: imunidade concomitante, impedindo novas infecções.

12- Drogas cujo mecanismo de ação era ou ainda é desconhecido

Arsênicos - efeito em DNA de cinetoplasto.

Intercalantes de DNA ou promovem uma desestruturação do giro da molécula de DNA através de "binding".

Descinetoplastização: drogas como acriflavina, etídio, antricide promovem a eliminação de DNA de cinetoplasto e consequente perda da organela.

Como a organela é importante para a respiração aeróbica, elimina-se o tripanosoma no inseto.

A exposição a doses sub-letais de um agente

citocida ou citoestático leva ao aparecimento de

parasitas resistentes ao agente.

IMPORTANTE: Leva à necessidade de desenvolvimento de novos fármacos.

RESISTÊNCIA A DROGAS

Cinco mecanismos bioquímicos básicos podem estar envolvidos no aparecimento de resistência:

1- metabolizar a droga para uma forma inativa.2- alterar a permeabilidade da droga, diminuindo a tomada

ou aumentando a excreção. 3- desenvolvimento ou ativação de vias metabólicas

alternativas que promovem um "by pass" do passo lesionado.

4- alteração do alvo de modo a baixar a afinidade da droga.5- aumento da quantidade do alvo de modo a diminuir as

consequências metabólicas.

MECANISMOS

Resistência à cloroquina.

Um zoólogo americano, Dr. Van Gelder, trabalhava na seção de mamíferos do Museu de História Natural de Nova York e freqüentemente visitava o leste da África. Sempre, duas semanas antes dele iniciar a viagem, ele tomava uma dose semanal de 500 mg de cloroquina. Nunca ele tinha tido problemas, nem contraído malária até sua viagem em 1977.

EXEMPLO

Dessa viagem ele retornou com febre e foi então diagnosticado malária. Ele foi tratado com cloroquina, mas após poucas semanas ele teve recaídas sucessivas. Após a terceira recaída ele sugeriu aos médicos a possibilidade de estar com uma cepa resistente a cloroquina.

Os médicos não aceitaram a hipótese de imediato alegando que não havia cepas resistentes na África. Mas ele mostrou um artigo da Science relatando o aparecimento de resistência em cepas de P. falciparum derivadas da Gambia, que se tornaram resistentes com uma incrível rapidez.

EXEMPLO

Van Elder foi então tratado com Fansidar (uma combinação de pirimetamina-sulfadoxina) e finalmente se curou. Uma amostra do seu sangue foi retirada antes do tratamento e foi estabelecida uma cultura de P. falciparum, que era resistente a 0,1 uM de cloroquina (as concentrações em plasma são da ordem de 0,03 a 0,1 uM).

O mecanismo de resistência a cloroquina não é conhecido.

Resistência ao Fansidar também já foi constatada.

EXEMPLO

Resistência ao metotrexato.

Metotrexato é um análogo de ácido fólico que inibe a dehidrofolato redutase na via de síntese de timidina.

Em Leishmania, tratamento com metotrexato provoca o aparecimento de resistência devido a um aumento do número de genes que codificam a enzima. Este aumento, denominado amplificação gênica, pode ocorrer de forma a integrar o DNA amplificado no genoma, ou mante-lo na forma episomal. No primeiro caso a resistência é irreversível, isto é, não desaparece na ausência da droga. No segundo caso é reversível.

EXEMPLO

O aparecimento de parasitas resistentes a drogas já existentes, a falta de efetividade absoluta, a existência de efeitos colaterais não desejados, são motivos suficientes para que a busca de novos fármacos seja motivada.

Deve-se buscar as seguintes caracteríticas: 1. melhor eficácia, 2. baixa toxicidade, 3. ação sobre uma via preferencial, 4. atividade sobre cepas resistentes a outras drogas, 5. meia-vida ambiental curta (especialmente para

veterinária).

DESENVOLVIMENTO DE NOVAS DROGAS

Normalmente quando se pensa num alvo para um quimioterápico, se pensa numa enzima. Outras proteínas no entanto podem ser consideradas, tais como as que atuam no transporte de macromoléculas ou nas bombas de íons. Outras macromoléculas devem ser consideradas tais como DNA e colesterol.

A identificação de alvos como estes deve ser obtida através de estudos da biologia molecular, bioquímica e fisiologia do parasita e do hospedeiro. Outra maneira é através da investigação de mecanismos de ação de drogas já existentes.

Não esta claro qual é o melhor caminho. No primeiro caso não se sabe do sucesso até o estudo estar completo, no segundo, uma droga já utilizada pode ter ocasionado o aparecimento de resistência.

DESENVOLVIMENTO

Um passo crítico na caracterização do alvo potencial ou na validação do mecanismo de ação da droga é o estabelecimento de um ensaio in vitro que seja de fácil execução, reprodutível e rápido, necessitando quantidade viáveis de parasitas.

Esse teste pode então ser usado para identificar drogas potenciais. Por último, depois de ter sido estabelecido um mecanismo de ação através de bioquímica comparativa, é necesário demonstrar que: 1 - a ação in vivo leva a morte ou paralisação do patógeno; 2 - não existe contrapartida de ação no hospedeiro, ou se existir que a diferença seja altamente significante levando a uma seletividade e baixa toxicidade da droga.

A identificação de um quimioterápico pode seguir um dos seguintes caminhos:

1- Identificação casual de compostos já existentes.2- Seleção racional das drogas já existentes para um determinado

alvo.3- Análise de literatura, procurando químicos cuja ação já é

conhecida em outros patógenos. 4- Síntese de análogos de substratos bem definidos. Requer muitos

testes posteriores.5- Desenho de novos fármacos baseados em estrutura de raio-X,

NMR e computação gráfica.

IDENTIFICAÇÃO

Resumo mecanismos de ação de drogas anti-parasitárias

Cox, F.E.G. 1993

Resumo mecanismos de ação seletiva de drogas

Cox, F.E.G. 1993

Leituras Complementares

Living together - The biology of animal parasitism -Trager, W. 1986 capítulo 25

Modern Parasitology - Ed Cox, F.E.G. 1993Capítulo 9 Chemotherapy Gutteridge,W.E.