Quimioterapia parasitária
Princípios,
mecanismos,
desenvolvimento de novos fármacos
Revisão baseada em publicações até 1993
QUIMIOTERAPIA
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.
TRATAMENTO
Consiste na administração de agentes
quimioterápicos específicos.
quimio
=
químicos,
moléculas orgânicas;
terápicos = tratamento.
geralmente
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.
CARACTERÍSTICAS
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
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.
2. O fármaco deve ser de fácil
administração e de preferência deve
causar nenhum ou poucos efeitos colaterais
no 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.
EXEMPLO
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!
ALVOS
ALVOS
1. Material Genético : danos em DNA, RNA,
Síntese de Proteínas.
2. Respiração celular.
3. Transporte e movimento.
4. Permeabilidade.
5. Metabolismo em geral.
MODO DE AÇÃO
 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.
1- Formação de Radicais Livres Tóxicos
 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)
Metronidazol
METRONIDAZOL
 Não é tóxico, mas a redução do grupamento nitro resulta
na formação de radicais livres de vida curta que são citotóxicos.
 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.
NIFURTIMOX
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.
2- Interferência na Biossíntese ou
Metabolismo de Folatos
 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.
 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.
EXEMPLO
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 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 antiparasitária mas reduzem
drasticamente sua toxicidade.
ergosterol
cepa resistente
ergosterol
8 - Interferência na via glicolítica
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 3fosfato 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
g-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.
RESISTÊNCIA A DROGAS
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.
MECANISMOS
 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.
EXEMPLO
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
conhecido.
de
resistência
a
cloroquina
Resistência ao Fansidar também já foi constatada.
não
é
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.
DESENVOLVIMENTO DE
NOVAS DROGAS
 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
 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.
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.
IDENTIFICAÇÃO
 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.
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. 1993
Capítulo 9 Chemotherapy
Gutteridge,W.E.