Farmaci antivirali

Perché è così difficile trovare dei farmaci antivirali?

La ricerca fatta sui farmaci antivirali ha avuto un’accelerazione in questi ultimi anni. Fino a molti anni fa (10-20 anni fa) i farmaci antivirali erano veramente pochissimi. In questi ultimi anni invece il numero di molecole utilizzate per l’uomo è aumentato notevolmente anche se, come vedremo, la maggior parte di essi sono utilizzati per il trattamento dell’infezione da HIV.

I problemi sono di vario tipo ed è ciò di cui parleremo adesso:

1) TIPO DI BERSAGLIO: noi stiamo parlando di parassiti endocellulari obbligati cioè microrganismi che per replicarsi devono sfruttare l’apparato cellulare della cellula. Nella maggior parte dei casi il virus utilizza pochi enzimi suoi specifici, soprattutto il virus più è piccolo, più è semplice, meno materiale genetico possiede e meno strategie sue proprie ha. Ne risulta quindi che abbiamo pochi bersagli da colpire specificamente con la nostra molecola senza danneggiare la cellula.

E’ chiaro che posso bloccare efficacemente la replicazione virale ed è quello che fa il nostro sistema immunitario distruggendo le cellule infettate dal virus. Questo però non è certo il modo migliore per trattare le infezioni virali. La prima enorme difficoltà è quindi individuare dei bersagli molecolari virali che siano sufficientemente diversi da analoghi bersagli cellulari perché non solo nella maggior parte dei casi i virus utilizzano enzimi cellulari, ma quando utilizzano enzimi loro specifici non è che siano molto diversi da quelli cellulari. Dobbiamo trovare una molecola ad esempio che sia in grado di distinguere la DNA polimerasi cellulare da quella virale (molto simili).

Un primo problema risulta quindi essere la TOSSICITA’ dei farmaci.

Come vedremo tutti i farmaci di cui parliamo sono caratterizzati da avere una qualche tossicità più o meno marcata: compito della ricerca farmaceutica è quello di trovare farmaci che causino meno danni possibile all’organismo. Un parametro molto importante da valutare in una molecola antivirale è:

INDICE DI SELETTIVITA’= DOSE INIBENTE 50 / DOSE TOSSICA50

Dose tossica 50: concentrazione del farmaco che distrugge il 50% delle cellule;

Dose inibente 50: concentrazione del farmaco che riduce del 50% la crescita virale.

L’indice di selettività ci dice quanto una molecola antivirale è specifica per un bersaglio virale rispetto alle attività metaboliche della cellula. Quindi bisogna che la dose a cui il farmaco distrugge le cellule sia molto molto più alta di quella a cui inibisce la crescita virale. Il rapporto che esprime l’indice di selettività dovrà essere ovviamente superiore a 1, ma più è alto più selettivo è il farmaco e minore sarà la sua eventuale tossicità. Già questo è un primo importante fattore limitante nel trovare farmaci antivirali.

Farmaci antibatterici sono molto più facili da trovare perché sono molto diversi dalle cellule del nostro organismo quindi ci sono meno possibilità di tossicità. Le cellule fungine sono già più simili alle cellule dell’ospite e ancora di più le cellule protozoarie. In realtà il virus è estremamente diverso dalle cellule dell’ospite, ma la sua attività infettiva risiede proprio in esse.

2) Se anche troviamo una molecola specifica per un determinato bersaglio virale nella maggior parte dei casi questa è in grado di attaccare solo quello specifico bersaglio quindi non si trovano farmaci virali ad ampio spettro. Cosa invece possibile con i batteri, infatti esistono molti antibiotici ad ampio spettro che se ben utilizzati, ma non si verifica molto spesso, sono molto utili in terapia perché sono farmaci che possiamo utilizzare prima ancora di sapere effettivamente qual è il microrganismo responsabile della patologia. Con i virus questo non è possibile e addirittura in alcuni casi abbiamo farmaci antivirali attivi solo su alcuni membri di una famiglia, vedremo alcuni antiherpetici attivi solo su alcuni herpes virus e non su altri. Addirittura per HIV abbiamo farmaci attivi solo su alcuni ceppi di HIV e non su altri: prima ancora di iniziare la terapia dobbiamo quindi determinare quale ceppo infetta il paziente.

  • FENOMENO DELLA RESISTENZA: abbiamo visto che i virus hanno un alto numero di mutazioni, soprattutto i virus a RNA, mutazioni che insorgono casualmente. Quelle che portano ad una modifica del bersaglio del farmaco possono rendere questo bersaglio resistente al farmaco. Quindi parliamo di FARMACORESISTENZA: mutazioni che portano il virus ad essere resistente nei confronti di un determinato farmaco e questo è un problema grossissimo nella terapia antivirale. A seguito di mutazioni casuali il farmaco non farà altro che selezionare i ceppi che sono diventati resistenti ad esso, la terapia diventa a questo punto totalmente inutile e deve essere sospesa e sostituita.
  • Tutti farmaci a disposizione adesso sono in grado di agire solo sui virus in attiva replicazione, per il motivo che abbiamo detto prima: bloccano un enzima attivo durante la replicazione. quindi se questi si replicano possiamo agire su di essi, se però il virus rimane in fase di latenza non possiamo fare assolutamente niente. Questo è cruciale per il virus dell’HIV perché è latente in alcuni linfociti quindi nonostante ci siano farmaci che bloccano completamente la progressione dell’infezione alla sospensione della terapia i virus latenti non eliminati riprenderanno a replicarsi.

La migliore arma che abbiamo quindi per adesso è la prevenzione attraverso vaccini.

ISOSSAZOLI (fanno parte dei farmaci WIN): sono dei farmaci in grado di bloccare i virus nella loro fase esocellulare. Sono una serie di molecole attive nei confronti della famiglia dei coronavirus: questi sono dei virus nudi a simmetria icosaedrica della quarta classe replicativa e hanno i capsomeri formati da tre proteine VP1, VP2 e VP3. Tra le tre proteine di ciascun capsomero c’è un avvallamento a forma di Y che prende il nome di CANYON ed alla base di questo c’è un ulteriore diverticolo, una tasca all’interno della proteina VP1, in cui si trovano gli amminoacidi che costituisco l’antirecettore virale che si legano con il recettore cellulare che per molti virus è l’ICAM1. I farmaci WIN sono stati progettati per inserirsi in questa tasca ed interagire con gli amminoacidi che qui si trovano, occupano stericamente il sito che si dovrebbe legare al recettore cellulare. Si è osservato però che non tutte le tasche vengono saturate con il farmaco ed il virus riesce comunque ad entrare nella cellula, il legame con il farmaco però rende il capside molto più stabile, perciò anche se il virus entra non avviene l’uncoating ed il ciclo replicativo viene bloccato. Di questi vari farmaci il PLECONARIL è somministrato sia come spray nasale per le terapie delle riniti da rinovirus, sia per via orale contro gli enterovirus (la famiglia dei coronavirus si divide in due generi: i rinovirus e gli enterovirus, responsabili delle meningiti e delle infezioni cardiache). La maggior parte dei farmaci WIN sono ancora in fase di sperimentazione.

AMANTADINA – RIMANTADINA: sono due farmaci attivi contro i virus influenzali che inibiscono sempre una tappa piuttosto precoce del ciclo virale: la liberazione intracellulare dei virus. Parlando dell’ingresso del virus influenzale avevamo visto che nonostante questo sia un virus con l’envelope entra con una vescicola endocitotica perché la proteina di fusione è pH dipendente. Affinché avvenga il rilascio del capside deve essere disgregata una proteina della matrice, la proteina M2, per fare questo è richiesta l’acidificazione dell’interno della vescicola. La proteina M2 è una pompa protonica transmembrana che attraversa l’envelope e serve a pompare i protoni all’interno della vescicola, determinando la disgregazione acida della matrice, che permette il rilascio dell’acido nucleico. Questi due farmaci hanno come bersaglio questa pompa protonica e la bloccano, hanno però dei limiti: innanzitutto sono attivi solo nei confronti dei virus influenzali A (i virus influenzali si dividono in A, B e C, i C non sono patogeni mentre quelli che danno le epidemie stagionali sono gli A ed i B), selezionano con estrema facilità dei mutanti resistenti (per esempio il virus pandemico H1N1 era resistente a questi due farmaci) e sono attivi solo se vengono somministrati molto precocemente o prima dell’infezione (e prevengono quindi la malattia), o al massimo entro 24 ore dal contagio, in questo caso riducono notevolmente la sintomatologia. Vengono utilizzati soprattutto nella profilassi delle infezioni, cioè in soggetti ad alto rischio di complicanze gravi durante le infezioni come gli anziani, i cardiopatici ed i soggetti con malattie respiratorie croniche. Entrambi i farmaci, ma soprattutto l’amantadina, sono tossici ed hanno effetti collaterali a vari livelli: si possono evidenziare ad esempio dei rush cutanei, ma i disturbi più gravi sono a carico del sistema nervoso centrale: possiamo avere un’alterazione della visione, le convulsioni, ma anche le psicosi che portano a suicidio o il morbo di Parkinson.

INTERFERONI: sono in grado di bloccare varie tappe del ciclo replicativo virale, noi in particolare modo abbiamo visto l’interruzione degli RNA messaggeri.

Il gruppo di farmaci più importante bloccano la duplicazione dell’acido nucleico, quindi interferiscono bloccando le DNA e le RNA polimerasi. Questa tappa può essere inibita attraverso due strategie: o utilizzando dei farmaci analoghi nucleosidici o dei farmaci di natura chimica molto diversa, che assomigliano ai nucleosidi e che hanno lo stesso effetto. Il gruppo più abbondante di farmaci a nostra disposizione sono gli analoghi nucleosidici, delle molecole costituite da uno zucchero e da una base azotata, che hanno delle modiche rispetto al nucleoside naturale (la modifica può essere a carico sia dello zucchero che della base azotata). Una volta entrate nella cellula queste molecole e fosforilate, la polimerasi non è in grado di distinguere la molecola fisiologica da quella farmacologica e la introduce nella catena di acido nucleico. Il meccanismo di inibizione è un meccanismo competitivo, i farmaci di questa classe farmacologica vengono anche definiti inibitori competitivi della polimerasi, in quanto competono con il substrato naturale e vanno a saturare i siti catalitici delle polimerasi. Una volta incorporati nella catena nascente, nella maggior parte dei casi si comportano come dei terminatori della catena perchè la modifica chimica del nucleoside rende queste molecole incapaci di legare il nucleotide successivo, in altri casi la sintesi della catena prosegue ma si forma una molecola distorta e non più funzionante. La specificità di questi enzimi risiede nella diversa affinità che hanno per la DNA polimerasi virale rispetto alla DNA polimerasi cellulare, possono quindi essere utilizzati nei confronti di quei virus che utilizzano la loro DNA polimerasi. La maggiore o minore tossicità di queste molecole dipende quindi dalla specificità per la DNA polimerasi virale rispetto alla DNA polimerasi cellulare. Un altro aspetto cruciale nell’attività di questi farmaci è il tipo di chinasi che determina la loro fosforilazione: possono essere fosforilate o da una chinasi virale o da una chinasi cellulare ed anche in questo risiede la specificità di azione di questa classe di farmaci.

ANALOGHI NUCLEOSIDICI ALOGENATI: sono la iodio-desossiuridina, la bromovinil-desossiuridina e la trifluoro-timidina (o TFT). Questi farmaci sono particolarmente attivi nei confronti dei virus erpetici come il herpes simplex od il virus zoster. Sono abbastanza tossici perché non discriminano bene tra la DNA polimerasi virale e cellulare ed hanno un altro grosso limite: sono infatti in grado di attivare i virus latenti, per cui non sono utilizzati per un uso sistemico. Possono però essere utilizzati per un uso ectopico sia come creme per il herpes labiale che come dei colliri per il herpes agli occhi. 

ADENOSINA ARABINOSIDE (è detta anche VIDARABINA o Ara-A): è un potentissimo inibitore del virus del herpes simplex ma come i due precedenti è piuttosto tossico, per cui viene utilizzato solo in gravi forme di infezione erpetica a livello neurologico: questa prende il nome di encefalite da herpes simplex e non trattata ha una mortalità di oltre il 70 %. Il farmaco di prima scelta è un altro ma in caso di fallimento terapeutico si ricorre a questo che oltre l’elevata tossicità presenta anche un altro problema: viene convertito molto velocemente da un enzima in una forma inattiva e quindi ha un’emivita molto breve, necessita di somministrazioni ravvicinate nel tempo che amplificano gli effetti indesiderati.