Quimioterapia parasitária

Princípios, mecanismos,

desenvolvimento de novos fármacos.

A prevenção das doenças parasitárias, tais como:

- adoção de medidas ecológicas,

- sanitarismo,

- controle de vetores, 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.

• Consiste na administração de agentes quimioterápicos específicos.

– quimio = químicos, geralmente moléculas orgânicas; – terápicos = tratamento.

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

- recíproca é verdadeira, isto é, o entendimento do modo de ação de um quimioterápico pode fornecer informações sobre a fisiologia do parasito.

- 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

mecanismos diversos de resistência

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

hospedeiro.

- alvos de ação específicos preferência estejam ausentes no hospedeiro

- se presentes, a especificidade deve ter maior afinidade no parasito do que no hospedeiro

2. O fármaco deve ser de fácil administração e de preferência deve causar nenhum ou poucos

efeitoscolaterais no hospedeiro.

- administração oral - melhores que injetáveis

- Outros alvos ou reações adversas, mesmo que inofensivas (por exemplo, alteração da cor da urina) devem ser evitadas.

A penicilina é um exemplo marcante de ”fármaco perfeito". No seu mecanismo de ação ocorre a interferência na síntese da parede bacteriana, uma via biossintética sem correspondência no hospedeiro vertebrado!

5. Metabolismo em geral.

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

2. Respiração celular.

3. Transporte e movimento.

4. Permeabilidade.

• 1. Formação de Radicais Livres Tóxicos.

• 2. Interferência na Biossíntese ou 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. Interferência da via glicolítica.

• 8. Efeito em microtúbulos.

• 9. Efeitos em Nervo e Músculo.

• 10. Outros alvos.

• 11. Mecanismo ainda desconhecido.

• 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 (a).

• Metronidazol

1. Formação de Radicais Livres Tóxicos:

• 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.

derivado de 5-nitroimidazol

• A síntese de novo de pirimidinas 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.

3 - Interferência da Biossíntese de Pirimidinas.

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

Provavelmente a dihidroorotato deshidrodrogenase.

Derivados sintéticos

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

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

4 - Interferência no metabolismo de purinas.• protozoários requerem uma fonte exógena de purinas.

– Nenhum é capaz de sintetizar purinas de novo.

• também foi observado para Schistosoma mansoni.

• parasitas, ao contrário do seu hospedeiro vertebrado dependem de várias vias de salvação de purinas.

– enzimas únicas para alvos quimioterápicos, principalmente se a enzima não é 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.

- análogos fosforilados

- Ou inibem fortemente enzimas essenciais do metabolismo de purinas

- Ou caso formem nucleotídeos correspondentes, podem ser incorporados no DNA/RNA do organismo - 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.

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 M ocorre a completa inibição do crescimento de P. falciparum, in vitro.É ativa na inibição de 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 sua função está relacionada com a 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 antimetabolito da ornitina, -(difluorometil)ornitina, DFMO, inibe especificamente a enzima ornitina descarboxilase.

7 - Interferência da 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 de um "shuttle" entre dehidroacetona fosfato:glicerol-3-fosfato mediado 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 provocando uma simulação de anaerobiose. Se glicerol for acrescentado, inibindo a glicerol quinase o metabolismo para e o tripanosoma morre.

8 - Efeito em microtúbulos.

Nesta categoria vamos encontrar os principais antihelmínticos.

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 108 M e 6.5 x108 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 106 M e 1.7 x 105 M).

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

9 - 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 neuro-musculares enquanto que os nervos nos quais o ácido -aminobutírico funciona como transmissor se encontram 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 sinápses 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 sinápses colinérgicas e GABAérgicas estão distribuidos ao longo de todo o corpo do organismo. Levamisole pode penetrar pela cutícula dos nematóides e agir sobre os receptores colinérgicos das junções neuro musculares, 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. Seu modo de ação consiste em agir como agonistas de GABA e assim causar paralisia.

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.

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.

• 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 são eliminados ou quando cessa o efeito da droga não conseguem 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.

10 - 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 metalo-proteases, enzimas cuja ação é importante em alguns passos metabólicos

• Ex: fenol oxidase é essencial para a formação de ovos em Schistosoma - a droga disulfuram inibe específicamente estas oxidases causando portanto uma produção anormal de ovos.

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

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

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

• Eliminação dos principais efeitos patogênicos, mas mantém a presença do verme: imunidade concomitante - impedindo novas infeções.

11 - Drogas cujo mecanismo de ação era ou

ainda é desconhecido.Cloroquina, quinina, mefloquina, artenisina ou qinghaosu já eram utilizadas na China por volta de 1596 para o tratamento de malária. No entanto, o mecanismo de ação era desconhecido até recentemente.Em 1992, Wellems publica na revista Nature um possível mecanismo de ação. A sugestão inicial era que a droga acumularia no vacúolo parasitóforo (lisosomal) aumentando o pH e interferindo na digestão da hemoglobina, causando privação de aminoácidos. Wellems sugere que a droga inibe a enzima heme polimerase, responsável pela destoxificação dos grupamentos heme gerados durante a digestão da hemoglobina que são citotóxicos para a célula.

11 - Drogas cujo mecanismo de ação eraou 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: Ocasiona a constante necessidade de desenvolvimento de novos fármacos.

• 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, diminuíndo a tomada

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

alternativas que promevem 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.

• 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.

• Devem ser buscadas as vantagens: • 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).

• Normalmente quando se pensa num alvo para um quimioterápico, se pensa numa enzima. Outras proteínas no entanto podem ser consideradas, tais como aquelas 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 completado, no segundo, uma droga já utilizada, pode ter ocasionado o aparecimento de resistência.

Um passo crítico na caracterização do alvo potencial ou a 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 razoáveis 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, se encontra a necessidade de demonstrar que: 1 - a ação in vivo leva a morte ou paralisação do patógeno; e 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.

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.