UNIVERZITET U TUZLI

FARMACEUTSKI FAKULTET

FARMACUTSKA HEMIJA II

MAKROLIDNI ANTIBIOTICI

-SEMINARSKI RAD-

STUDENTI:

LJAJIĆ SANITA

MUJKANOVIĆ KENAN

UVOD

Eritromicin A je prvi makrolidni antibiotik, koji se koristi u kliničkoj praksi oko 50 godina. Nešto kasnije je uveden i oleandromicin, drugi prirodni makrolid koji je toksičniji od eritromicina. Kao proizvodi metabolizma različitih Streptomyces vrsta, izolovani su i drugi antibiotici, makrociklčni laktoni, koji imaju manji terapijski značaj. Neki od njih se koriste u veterinarskoj medicini.

U toku posljednje dvije decenije u terapiju je uvedeno nekoliko polusintetskih derivata eritromicina: azitromicin, klaritromicin, roksitromicin i diritromicin. Terapijska primjena polusintetskih makrolidnih antibiotika ima višestruku prednost nad eritromicinom A.

1. HEMIJSKA STRUKTURA I OSOBINE ERITROMICINA

Eritromicin je amorfna smješa proizvoda metabolizma soja Streptomyces erythreus (Waksman), izolovana iz uzoraka zemljišta sa Filipina. Izolovana su tri eritromicina iz fermentacione smješe, označena kao eritromicin A, B i C. Eritromicini sadrže aglikon eritronolid ( makrociklični lakton od 14 C- atoma u ciklusu, od kojih 13 C- atoma i 1 kiseonikov atom). Za makrolidni lakton su vezani α- glikozidnim vezama, u položajima C3 i C5, specifični šećeri u piranoznom obliku kladinoza ( 3-O- metilmikaroza) i dezozamin.

Erirtomicin A je glavni proizvod. Eritromicin A i B sadrže identične specifične šećere, a međusobno se razlikuju u položaju C12: eritronolid A sadrži još jednu hidroksilnu grupu za razliku od eritronolida B. Eritromicin C sadrži dezozamin i aglikon eritronolid A koji ulazi u sastav eritromicina A, a razlikuje se po prisustvu speciičnog šećera mikaroze, umjesto kladinoze. Eritromicin A kristališe iz smješe aceton- voda kao hidrat sa promjenjivim sastavom. Totalnu sintezu eritromicina A su izvršrili Woodward i sar. 1981. Godine. Hemijske srukture eirtromicina A i oleandomicina se mogu predsataviti na sljedeći način:

Eritromicin A Oleandomicn

Eritronolid A, koji ulazi u sastav eritromicina A, sadrži u položajima C6 i C12 β- orijentisane terc. hidroksilne grupe koje mogu da grade neaktivni anhidroproi zvod. Eritronolid A sadrži šest metil grupa: 2β, 4α, 6α, 10β, 12α i 13α, kao i 13α- etil grupu i kabonil u položaju C9. Eritromicn A je slaba baza (pKa1=8,8), lako gradi soli koje kristališu u obliku hidrata promjenjivog sastava, pa imaji i različite vrijednosti temperature topljenja. Pored soli, koje su nestabilnije u kiseloj sredini i imaji nižu bioraspoloživost, terapijski značaj imaju i estri (acetat i propionat) položaja C2' šećera dezozamina. Soli eritromicna A su: eritromicin- glukoheptanoat, eritromicin- laktobionat, eritromicin- stearat (eritromicin- oktadekanoat), eritromicin- etilsukcinat. So eritromicin- etilsukcinat je stabilnija u kiseloj sredini, gradi stabilnu suspenziju koja nema neprijatan ukus, pa je pogodna za pripremanje sirupa u pedijatrijskoj praksi.

Estri (2- acil derivati) i njihove soli: eritromicinpropionat, eritromicinacistrat (eritromicin 2 acetat- oktadekaonoat), eritromicin estolat ( eritromicin 2 propanoat- dodecilsulat) stabilniji su u kiseloj sredini, imaju veću lipofilnost, pa samim time i višu bioraspoloživost pri per- os primjeni. Estri u plazmi hidrolizuju i time se veoma brzo postiže terapijska koncentracija eritromicna A.

Eritromicin- glukoheptanoat i eritromicin- laktobionat (4-O- β-D- galaktopiranozil- D- glukonska kiselina ) jesu soli, ddobijene iz eritromcin baze. Laktobionat kristališe iz smješe voda- aceton; pH 2% vodenog rastvora je od 6,0 do 7,5. Prisusutvo izotoničnog rastvora natrijum- hlorida u 5% ratsvoru eritromicin- laktobionata može da dovede do taloženja eritromicin baze. Iz hipotoničnih rastvora ne dolazi do taloženja eritromicin baze. Daje se parenteralno. Parenteralna primjena eritromicina je bolna, može da dovede do trombolebita na mjestu primjene, a koristi se samo kada je poželjna veoma visoka koncentracija antibiotika u plazmi. Eritromicin se eliminiše putem žuči, pri čemu podliježe i enterohepatičnoj cirkulaciji.

Oleandomicin je makrolidni antibiotik koji je proizvod metabolizma soja Streptomyces antibioticus. Strukturno je veoma sličan eritromicinu A. Sadržri identičan makrociklični lakton od 14 atoma koji se razlikuje po sljedećim grupama: sadrži spiro- oksiranski ciklus u položaju C8 umjesto etil- grupe, didehidroksi je derivat u položajima C6 i C12 eritromicina A. Oleandomicin se rastvara u mineralnim kiselinama. Koristi se kao oleandomicin- fosfat i triacetatni estar (troleandomicin), koji se terapijski koristi u liječenju respiratornih infekcija. Mehnizam antimikrobne aktivnosti je identičan kao i kod ostalih makrolida, a pokazike nešto izraženiju hepatotoksičnost.

Slika 1.1. Mehanizam građenja degradacionih prozvoda eritromicina A

Utvrđena je hemijska struktira degradacionih proizvoda eritromicina A. Pseudoeritromicin A nastaje hidrolizom laktona, a u kiseloj sredini reakcijom karbonila C9 i hidroksilne grupe C6 nastaje eritromicin A 6,9- poluacetal, koji se dalje prevodi u acetal ( 6,9 i 9,12 spiroketal), dinhidroeritromicin A. Konkuretnom reakcijom iz 6,9-poluacetala eliminacijom vode nastaje enolaetar eritromicina A (8,9- anhidroeritromicin A- 6,9- pluacetal). Degradacioni proizvodi se grade u intramolekulskim interakcijama u kiseloj sredini ( reakcije

nukleofilne adicije na karbonilnu grupu C9 stereohemijski povoljno orijentisanih terc. hidrokslinih grupa u C6 i C12). Mehanizam građenja navedenih degradacionih proizvoda predstavljen je na slici 1.1.

Mehanizam antimikrobne aktivnosti: makrolidi se vezuju za 50S subjedinicu ribozoma, pri čemu dovode do inhibicije sinteze proteina patogena. Djeluju bakterostatično na gram- pozitivne mikroorganizme, hlamidije, borelije, mikoplazme, treponeme, a u znatnoj mjeri na gram- negativne mikroorganizme. Najnoviji podaci ukazuju na moguće vezivanje polusintetskih eritromicina ( npr. klaritromicina ) za 70S i 30S ribozomske subjedinice, iz čega prostiču i neki neželjeni efekti. Neželjena dejstva eritromicina se javljaju i kao posljedica agonističkog dejstva na motilinske receptore duodenuma i dovode do povećanog motiliteta crijeva. U različitim fazama kliničkih ispitivanja su neki polusintetski makolidi koji imaju potencijalno gastoprokinetičko dejstvo.

Leukomicini su makrolidi koji sadrže laktonski ciklus od 16 atoma. Za razliku od eritronolida, makrolid sadrži dienski konjugovani sistem, karbonilna grupa u položaju C9 je redukovana do 6α- hidroksline grupe, a u položaju C6 je formilmetil grupa. Leukomicini različite strukture su izolovani iz fermentacionih smješa nekih sojeva Streptomyces vrsta. Za razliku od derivata eritromicina, specifični šećer ( disaharid) je vezan u položaju C 5 i sastoji se od 4'- hidroksidezozamina i mikaroze. Ako je u položaju C''4 mikaroze izvršena esterifikacija sa 3- metil- butanskom kiselinom, dobijen je josamicin ( leukomicin A3). U terapiji se koristi propionat.

Spiramicini su takođe derivatileukomicina koji se međusobno razlikuju po supstituentima u položaju C3. U odnosu na leukomicin A3, spiramicin I se razlikuje po prisustvu još jednog specifičnog deoksiaminošećera u položaju C9 i odsustvu 3- metilbutanske kiseline u šećeru mikarozi.

Slika 1.2. Hemijske strukture spiramicina

U terapiji infekcija izazvanh gram – pozitivnim mikroorganizmima i rikecijama koristi se embonat (pamoat). Opisana je i pojava ukrštene rezistencije sa drugim makrolidnim antibioticima. Spiramicin je registrovan i u našoj zemlji. U grupu nezasićenih laktona sa 16 atoma u makrociklusu spada avermektin B1

(abamektin), koji nije jedinstvena supstanca. Iz fermentacionih smješa je izolovano više komponenata. Osnovna strukturna karakteristika nezasićenog makrocikličnog laktona jeste da u njega djelimično ulaze djelimično hidrirani heterociklusi sa kiseonikom ( heksahidrobenzofuran i 2, 2'- spiro (2'H, 5'H) dihidropiranotetrahidropiran). Avermektin B1 predstavlja smješu avrmektina. Avermektin B1 je smješa 5- O- demetilavermektina B1a i 5- O- demetil- 25- de(1- metilpropil)- 25-(1- metiletil) avermektina B1b u masenom odnosu ( 4:1). Izolovani su iz fermentacione smješe Streptomyces avermitilis. Vezuje se za GABA receptore.

Ivermektin je polusintetski proizvod sa polienskim makrolidnim aglikonima. Predstavlja smješu 22, 23- dihhidroderivata prirodnog abamektina koji je poznat kao smješa avermektina. Avermektini se srtukturno razlikuju u položaju C5 i C25. U C5 može biti prisutna metoksi ili fenolna, dok u položaju C25 može biti prisutan izobutil radikal.

Ivermektin je smješa koja sadrži 5-O-demetil-22,23-dihidroavermektin A1a

(22,23-dihidroavermektin B1a) i 5-O-demetil -25-de(1-metilpropil)-22,23-dihidroavermektin B1b (22,23-dihidroavermektin B1b). Avermektini su insekticidi i antiparazitici. Maseni udio komponenata avermektina je B1a/B1b je u odnosu 4:1.Djeluje kao antihelmetik protiv askaridnih i onocera parazita.

1.1. POLUSINTETSKI ANALOZI ERITROMICINA A

Polusintetski makrolidi se dobijaju strukturnim promijenama eritromicina A u položajima C6, C9 i C11.

Klaritromicin hemijski predstavlja 6-O-metileritromicin A. Za razliku od eritromicina, stabilniji je u kiseloj sredini i olakšano prolazi biološke membrane, čime se postižu terapijske koncentracije antibiotika u tkivima i makrofazima. Koristi se u liječenju brohopneumonija, pokazuje veću efikasnost prema patogenima iz grupe Micobacterium avium complex (MAC) kod pacijenata inficiranih HIV virusom, a klinički se koristi i za edukaciju bacila Helikobacter

pylori i kod ulkusne blesti.

Biotransformacijom klaritromicina nastaje aktivni metabolit 14-hidrksilaritromicin. Djelimično se eliminiše renalnim putem. U zavisnosti od koncentracije, djeluje batkeriostatično i baktericidno. U najpovoljnije vrijeme primjenjuju se i dozirani oblici sa modifikovanim oslobadjanjem klaritromicina za liječenje hroničnih oblika bronhitisa.

Klaritromicin Azitromicin

Azitromicin se hemijski označava kao 13-[( 2,6- dideoksi-3-C- metil-3-O-metil-α-L-ribo- heksopiranozil)oksi]- 2- etil-3,4,10- trihidroksi-3-(dimetilamino)- β-D-ksiloheksopiranozil]oksi]-1-oksa-6-azaciklopentadekan-15-on. Azitromicin je derivat eritromicina A, dobijen reakcijom nukleofilne adicije hidroksilamina, a Beckamanovim premještanjem je proširen u makrociklični laktam ( azot ulazi u sastav makrocikličnog laktona). Reakcija nukleofilne adicije na karbonilnu grupu, Beckmanovo premještanje i metilovanje laktama, predstavljeni su na sljedećinačin:

Slika 1.3. Polusinteza azitromicina

Azitromicin je derivat 1-oksa-6-azaciklopentadekan-15-ona (azalida), odnosno N-metil-11-aza-10-deokso-10dihidroeritromicina A i ima slične farmakokinetičke osobine kao klaritromicin. Homo- makrociklični lakton je stabilniji u kiseloj sredini od eritromicina A, ne dolazi do građenja ketala i drugih degradacionih proizvoda. Ima veoma povoljnu bioraspoloživost i biološko poluvrijeme eliminacije i dozira se jednom dnevno. Utvrđeno je da ima afinitet nagomilavanja u mastocitima, odakle sporo difindujeu tkivne tečnosti, te ima dugo biološko poluvrijeme eliminacije. Hrana nepovoljno utiče na bioraspoloživost azitromicina, pa se preporučuje uzimanje azitromicina1 sat prije ili 2 sata poslije obroka. Azitromicin se podliježe metabolizmu, eliminiše najvećim dijelom u nepromijenjenom obliku putem žuči, podliježe i djelimičnoj enterohepatičnoj cirkulaciji.

Roksitromicin Diritromicin

Roksitromicin hemijski predstavlja 9-(2',5'- dioksaheksiloksiimino)- erotromicin A. Pored antimikrobne, posjeduje i antiprotozoičnu aktivnost. Polusintetski je derivat eritromicina A u reakciji nukleofilne adicije sa derivatom hidroksilamina (metoksietiloksimetil- 1- hidroksilaminom). Transformacijom u odgovarajući O-alkiloksim, karbonilna grupa se deaktivira prema reakciji građenja nekativnih hemiketala, koji su potencijalni degradacioni proizvodi.

Diritromicin se hemijski označava kao [9S(R)]-9-deokso-11-deoksi-9,11-[imino[2-(2-metoksietoksi)etiliden]oksi]eritromicin. Kiselinska konstanta iznosi pKa=9,0 i određena je iz 66% rastvora dimetilflourida. Diritromicin je nekatvni proizvod i pro drug supstanca. Stabilan je u kiseloj sredini, a u biosredini podliježe nenenzimskoj hidrolizi, pri čemu nastaje aktivni metabolit eritromicilamin (9-deokso-9-aminoeritromicin A). Za razliku od eritromicina, diritromicin ne angažuje hepatičke enzime, citohrom P 450. Aktivni metabolit eritromicilamin je lipofilan, visoke terapijske koncentracije se postižu u plućima, bronhijlanoj i nazalnoj mukozi, tonzilama i tkivu prostate. Vezivanje za proteine plazme (α-kiseli glikoprotein) iznosi 15- 30% i ako se drugi lijekovi uzimaju istovremeno ( teofilin, terfenadin i dr.) ne dolazi do značajnih interakcija.

Telitromicin je širokospektralni iz grupe ketolida koji umjesto šećera kladinoze, sadrži dodatnu karbonilnu grupu u položaju C4. Strukturna karakteristika telitromicina je prisusutvo N, 3,4-trisupstituisanog -2- oksazolidinona. Telitromicin djeluje protiv pneumokoka, rezistentnih na eritromicin i penicilin. Bioraspoloživost telitromicina je veća od biorasploživosti azitromicina.

1.2. LINKOZAMIDI

Antimikrobni spektar i neke farmakokinetičke osobine linkozamida su slične makrolidima. Za razliku od makrolida, sadrže specifičan šećer 6- aminooktozu koji gradi amidsku vezu sa 1- metil-3- propilpirolidin- 1- karboksilnom kiselinom ( higrinskom kiselinom).

Linkozamidi su tiometil derivati O- tiolinkozamida koji je amidskom vezom vezan za n- propil supstituisanu N- metilpirolidinil- 2- karboksilnu kiselinu (N-metil- n- propil- trans- higrinska kiselina). Linkozamidni antibiotici koi se koriste

u terapiji su linkomicin i klindamicin. Linkomicin je prirodni proizvod, a klindamicin je polusintetski derivat linkomicina. Linkozamidi imaju slabe bazne osobine, grade stabilne hidrohlordne soli, koje se koriste u terapiji.

Linkomicin se hemijski označava kao (2S- trans)- metil- 6,8- dideoksi- 6- [[(1- metil-4- propil 2- pirolidinil)karbonil]amino]- 1- tio- D- eritro- α- D- galaktooktopiranozid, koji je izolovan iz fermentacione smješe Streptomyces lincolnensis. Ovaj antibiotik predstavlja slabožuti prašak sa karakterističnom mirisom na merkaptane.

Klindamicin se hemijski označava kao (2S- trans)- metil- 7- hloro- 6,7,8- trideoksi- 6- [[(1- metil- 4- propil- 2- pirolidinil)karbonil]amino]- 1- tio- L- treo- α- D- galaktoktopiranozid i polusintetski je proizvod. Dobija se u reakciji sa tionilhloridom po SN-2 mehanizmu, pri čemu dolazi do inverzije konfiguracije na C7 linkozamida. Pored hidrohlorida, u terapiji se koristi i estar 2'- hidrogenfosfata koji je pro drug supstanca, ima povoljne osobine biodistribucije, resorbuje iz digestivnog trakta i do 99%.

Mehanizam antimikrobne aktivnosti linkozamida se zasniva na vezivanju za 50S subjedinicu ribozoma, pri čemu dolazi inhibicije sinteze proteina patogena. Zbog identičnog mehanizma dejstva, ispoljava se ukrštena rezistencija patogena i prema makrolidnim antibioticima. U zavisnosti od koncentracije, linkozamidi djeluju bakteriostatično i baktericidno na gram – pozitivne koke, neke anaeorobne i meticilin- rezistentne stafilokoke.

Od težih neželjenih efekata treba spomenuti pojavu pseudomembranoznog kolitisa. Klindamicin inhibira razvoj mikroorganizama koji stvaraju lipazu, smanjujući u sebumu koncentraciju masnih kiselina koje prouzrokuju inflamatorne lezije i akne na koži, pa se daje lokalno. Estar klindamicinfosfat je povoljniji za lokalnu primjenu, manje se resorbuje kroz kožu od klindamicin- hidrohlorida. Koristi se lokalno sa benzoil- peroksidom za lijčenje seboreičnih akni na koži.

Estri klindamicina, klindamicinfosfat i klindamicinpalmitat su pro drug supstance. Hidrolizom estara prevode se u aktivne metabolite. Parenteralna i per os primjene klindamicina omogućavaju penetraciju antibiotika u sve tjelesne tečnosti.

Biotransformacijom klindamicina nastaju aktivni metaboliti klindamicinsulfooksid i N- demetilklindamicin, a izolovani su i drugi neaktivni metaboliti. Renalna eliminacija klindamicina je skoro beznačajna, te podliježe hepatičnoj eliminaciji.

1.3. POLIENSKI MAKROLIDI

Polienski makrolidi predstavljaju konjugovane polienske makrociklične laktone. Strukturno se razlikuju od eritromicinskih antibiotika po veličini makrocikličnog laktona i prisustvu konjugovanog polienskog sistema koji uslovljava obojenost ovih proizvoda u čvrstom stanju.

Prema veličini makrocikličnog laktona dijele se na:

Polienske antibiotike sa 26 atoma u makrocikličnom laktonu: natamicin, Polienske antibiotike sa 38 atoma u makrocikličnom laktonu: nistatin,

amfotericin B.

Polienski makrolidi sadrže glikozidno vezan monosaharid deoksi-maninoheksozu, mikozamin. Međusobno se razlikuju po grupama prisutnim u makrocikličnom laktonu i broju dvogubih veza u polienskom sistemu: tetraeni, heksaeni, heptaeni.

Polienski makrolidi imaju širok antifugalni spektar (djeluju kao fungicidi,odnosno antimikotično). Djeluju na nivou membrana patogenih gljivica, vezivanjem za sterole membrane. Ne djeluju na bakterije,rikecije i viruse.

Nistatin je terapijski najznačajniji polien, izolovan iz fermentacine smješe Streptomices noursei. Hemijska struktura nistatina se sastoji iz aglikona nistatinolida, koji sadrži dva hromofora (tetraenski i dienski). Aminošećer mikozamin je vezan za makrociklični lakton. Karbonil položaja C35 reaguje sa hidroksilnom grupom položaja C1 gardeći intraciklični poluacetal.

Nistatin A

Nistatin je žuto obojen amorfan prašak sa cviter-jonskom strukturom. Vema slabo se rastvara u vodi (gradi koloidne rastvore) i organskim rastvaračima.Predstavlja smješu 3 biološki aktivna molekula označena kao A1,A2

i A3. Vodena suspenzija je termolabilna. Nestabilan je jako u kiseloj i baznoj

sredini. Uticaji spoljne sredine, kao što su temperatura,svjetlost i oksidaciona sredstva, dovode do degradacije i inaktivacije nistatina.

Djeluju antimikotično, posebno kod infekcija izazvanih Candidom albicans i drugim Candida sojevima. Ne resorbuje se iz gastrointestinalnog trakta.Koristi se lokalno: sluzokoža, gastroinestinalni trakt za liječenje kandidijaze.

Strukturno sličan nistatinu ja amfotericin B, koji predstavlja heptaenski makrociklični lakton.

Amfotericin B

Amfotericin B je antibiotik, proizvod metabolizma Streptomycetes nodosus M4575 porijeklom iz područija rijeke Orinoko u Venecueli. U neutralnoj sredini je nerastvoran u vodi, a rastvara se u izrazito kiseloj i baznoj sredini. U prisustvu nekih solubilizatora kao što je natrijum-dezoksiholat, amfotericin-holesterol-sulfat kompleks se znatno više rastvara u fiziološkim uslovima pH sredine. Da bi se umanjila nefrotoksičnost, amfotericin B se daje u obliku koloidnih rastvora ili u formulacijama s lipidim frakcijama i lipozomima.Amfotericin B je najznačajniji prirodni antimikotik koji se koristi u liječenju najtežih gljivičnih infekcija, kao što su kandijaze koje su izazvane Candidom albicans.

Natamicin je derivat laktona koji sdaži 26 atoma. Za razliku od drugih poliena, makrociklični lakton sadrži epoksidni most i konjugovanu tetraensku strukturu. Osjetljiv na dejstvo svjetlosti tj.fotosenzitivan je.

Natamiciin se hemijski označava kao (8E, 14E, 16E, 18E, 20E)-(1R, 3S, 5R, 7R, 12R, 22R, 24S, 25R, 26S)-22-(3-amino-3,6-dideoksi-β-D-manopiranoziloksi)-1,3,26-trihidroksi-12-metil-10-okso-6,11,28