8 Farmakologia
Gatifloksasiini tuli Yhdysvaltojen lääkemarkkinoille vuonna 2000, ja sitä käytetään monenlaisten grampositiivisten ja gramnegatiivisten bakteeri-infektioiden hoitoon. Gatifloksasiinin vaikutusmekanismiin kuuluu DNA:n replikaatiolle välttämättömän bakteeri-DNA-gyraasin estäminen, ja on ehdotettu, että metallikompleksin välituotteet osallistuvat tähän prosessiin. DNA-gyraasi on välttämätön bakteerien entsyymi, joka katalysoi ATP:stä riippuvaista kaksisäikeisen suljetun ympyränmuotoisen DNA:n negatiivista superkierrettä. Gyraasi kuuluu topoisomeraaseiksi kutsuttujen entsyymien luokkaan, jotka osallistuvat DNA:n topologisten siirtymien hallintaan. Mekanismi, jolla gyraasi pystyy vaikuttamaan DNA-molekyylien topologiseen tilaan, on luonnostaan kiinnostava entsymologisesta näkökulmasta. Lisäksi paljon huomiota on kiinnitetty DNA-gyraasiin, joka on useiden antibakteeristen aineiden solunsisäinen kohde ja joka toimii esimerkkinä muille DNA-topoisomeraaseille. Metoksiryhmän uskotaan välittävän DNA-DNA-gyraasikompleksin sitoutumista DNA-topoisomeraasikompleksiin ja mahdollisesti vähentävän korkean resistenssin todennäköisyyttä . Gatifloksasiini on synteettinen laajakirjoinen mikrobilääkeaine fluorokinoloni, joka tehoaa sekä gramnegatiivisiin että grampositiivisiin organismeihin, ja sitä käytetään monenlaisten infektioiden hoidossa .
Naber et al. vertasivat gatifloksasiinin MIC-arvoja gemifloksasiinin, moksifloksasiinin, trovafloksasiinin, siprofloksasiinin ja ofloksasiinin MIC-arvoihin käyttäen agar-laimennusmenetelmää 400 uropatogeenille, jotka viljeltiin urologisten potilaiden virtsasta, joilla oli komplisoituneita ja/tai sairaalassa hankittuja virtsatieinfektioita. Kantakokoelma koostui Enterobacteriaceae- (34,5 %), enterokokki- (31,5 %), stafylokokki- (21,2 %) ja muista kuin fermentoivista bakteereista (12,8 %). Kolmen uudemman fluorokinolonin (gatifloksasiini, gemifloksasiini ja moksifloksasiini) antibakteerinen aktiivisuus oli samankaltainen, mutta niissä oli joitakin lääkekohtaisia eroja. Gemifloksasiini oli aktiivisin E. coli -bakteeria vastaan mutta vähemmän aktiivinen P. mirabilis -bakteeria vastaan. Tässä sarjassa kaikki E. coli -isolaatit estettiin MIC-arvolla 0,25 mg/l gatifloksasiinia ja moksifloksasiinia ja 0,125 mg/l gemifloksasiinia. Kaikkien fluorokinolonien MIC-jakauma oli bimodaalinen stafylokokkien, enterokokkien ja P. aeruginosan osalta. P. aeruginosan osalta kaksi moodia olivat 1 ja 64 mg/l gemifloksasiinin ja moksifloksasiinin osalta ja 0,5 ja 64 mg/l gatifloksasiinin osalta. Stafylokokkien osalta kaksi moodia olivat 0,125 ja 2 mg/l gatifloksasiinille, 0,03 ja 4 mg/l gemifloksasiinille ja 0,03 ja 2 mg/l moksifloksasiinille. Lisäksi enterokokkien osalta kaksi moodia olivat 0,25 ja 16 mg/l gatifloksasiinille, 0,06 ja 2 mg/l gemifloksasiinille ja 0,25 ja 8 mg/l moksifloksasiinille. Trovafloksasiiniin verrattuna MIC-arvot olivat samankaltaisia, mutta uudemmat fluorokinolonit olivat siprofloksasiinia ja ofloksasiinia tehokkaampia grampositiivisia bakteereja vastaan. Uudemmista fluorokinoloneista gatifloksasiinilla oli korkein munuaisten kautta tapahtuva erittymisaste, ja sitä voidaan pitää lupaavana vaihtoehtoisena fluorokinolonilääkkeenä virtsatieinfektioiden hoidossa.
Yamada ym. saivat selville, että gatifloksasiini voi aiheuttaa sekä hypoglykemiaa että hyperglykemiaa sekä diabeetikoilla että ei-diabeetikoilla. Gatifloksasiinin on äskettäin raportoitu stimuloivan insuliinin eritystä estämällä ATP-herkkiä K + (KATP) kanavia haiman β-soluissa. Gatifloksasiinin aiheuttama hypoglykemia liittyy sulfonyyliureoiden samanaikaiseen käyttöön, ja se ilmenee yleensä välittömästi lääkkeen antamisen jälkeen. Todettiin, että gatifloksasiini stimuloi akuutisti insuliinin eritystä hiiren haiman saarekkeista ja että glibenklamidilla on additiivisia vaikutuksia gatifloksasiinin aiheuttamaan insuliinin eritykseen. Gatifloksasiinin aiheuttaman hyperglykemian kehittyminen kestää kuitenkin usein useita päiviä. Lisäksi osoitettiin, että krooninen gatifloksasiinihoito vähentää saarekkeiden insuliinipitoisuutta estämällä insuliinin biosynteesiä, ja se voi liittyä gatifloksasiinin aiheuttamaan hyperglykemiaan. Lisäksi gatifloksasiinin lopettaminen johtaa insuliinin eritysvasteen paranemiseen. Nämä tiedot selventävät gatifloksasiinin aiheuttaman hyperglykemian ja hypoglykemian erilaisia mekanismeja ja viittaavat siihen, että verensokeriarvoja on seurattava huolellisesti gatifloksasiinin annon aikana erityisesti iäkkäillä potilailla, joilla on munuaisten vajaatoiminta, tunnistamaton diabetes tai muita aineenvaihdunnan häiriöitä. Koska mahdollisesti hengenvaarallisen dysglykemian riski kasvaa gatifloksasiinihoidon aikana, näillä löydöksillä on merkittäviä vaikutuksia kliiniseen käytäntöön.
Ge ym. osoittivat, että koska gatifloksasiini moduloi transkriptiota ja vähentää GLUT1-geenin ilmentymistä ja toimintaa HepG2-soluissa, gatifloksasiini voi indusoida hengenvaarallisen dysglykemian. Helpotettu glukoosin kuljettajatyypin 1 (GLUT1) proteiini ilmentyy ubiikkisesti monissa kudoksissa. GLUT1-proteiinin häiriintynyt toiminta heikentää systeemistä glykeemisen säätelyä ja voi aiheuttaa dysglykemiaa. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että käsittely gatifloksasiinilla pitoisuuksina 3,4 μg/ml (8,4 μM) ja 17 μg/ml (42 μM) stimuloi GLUT1-promoottorin aktiivisuutta 2,8- ja 3,8-kertaisesti. GLUT1 mRNA:n ilmentyminen väheni 41 % ja 31 %, ja glukoosin otto väheni 41 % ja 52 %. Nämä havainnot viittaavat siihen, että häiriintynyt GLUT1-geenin ilmentyminen ja proteiinin toiminta voivat olla gatifloksasiinin dysglykeemisen vaikutuksen taustalla.
Drozak ym. kuvasivat gatifloksasiinin vaikutusta eristetyissä kanin hepatosyyteissä ja munuaiskuoren tubuluksissa mittaamalla glukoneogeneesin aktiivisuutta, prosessia, joka ylläpitää glukoosin homeostaasia koko kehossa. Tiedot osoittivat, että munuaiskuoren tubuluksissa gatifloksasiinin antamista jopa 100 μM:n annoksina seurasi lääkkeen huomattava kertyminen solunsisäiseen ympäristöön ja glukoosin muodostumisnopeuden väheneminen pyruvaatista 20-50 prosentilla. Gatifloksasiini ei vaikuttanut glukoneogeneesin nopeuteen alaniini + glyseroli + oktanoaatti tai aspartaatti + glyseroli + oktanoaatti. Pitoisuuksilla 25-200 μM lääke vähensi mitokondrioiden hapenkulutusta 20-45 % pyruviatilla + malaatilla ja ADP:llä. Kuten α-syano-4-hydroksisinnamaatin (mitokondriaalisen pyruvaattikuljettajan vakiintunut estäjä) tapauksessa, gatifloksasiini vähensi pyruvaatin ottoa sekä munuaisten että maksan mitokondrioissa. Gatifloksasiinin inhiboiva vaikutus ei ollut yhtä voimakas hepatosyyteissä, kun taas pyruaattiriippuvainen glukoosinmuodostus ja mitokondriohengitys vähenivät enintään 25 prosenttia. Antibiootti ei vaikuttanut mitokondrioiden hapenkulutukseen glutamaatti + malaatilla munuaiskuoren eikä maksan mitokondrioissa. Gatifloksasiinin glukoneogeneesiin ja mitokondriohengitykseen kohdistuvan vaikutuksen erilainen substraattiriippuvuus yhdistettynä mitokondrioiden pyruvaatin oton vähenemiseen viittaa siihen, että tämän lääkkeen glukoneogeneesiä estävä vaikutus saattaa johtua siitä, että se heikentää pyruvaatin kuljetusta mitokondrioihin .
Bharal et al. arvioivat gatifloksasiinin neurologisia ja neurobiologisia vaikutuksia sen jälkeen, kun sitä oli annettu hiirille suun kautta kahtena annoksena (25 ja 50 mg/kg 7 ja 14 päivän ajan). Lyhytaikaisessa 7 päivän tutkimuksessa käytetyt neurobehavioraaliset parametrit olivat pentyletratsolin aiheuttama kouristuskohtaus, pakotettu uintikoe, kohotettu plus-sokkelo, spontaani vuorottelukäyttäytyminen ja rotarod-testit. Pitkäkestoisessa 14 päivän tutkimuksessa suoritettiin kuitenkin vain pentylenetetratsolin aiheuttama kouristuskohtaus ja rotarod-testit. Tulokset osoittivat gatifloksasiinin (50 mg/kg) prokonvulsiivisen vaikutuksen pentyletratsolin aiheuttamassa kouristuskokeessa sekä lyhyt- että pitkäaikaisten antotutkimusten jälkeen, ja molemmilla annoksilla sillä oli anksiogeeninen vaikutus. Molemmilla annoksilla gatifloksasiinilla ei kuitenkaan ollut vaikutusta muistiin ja mielialaan, eikä lääkkeellä ollut vaikutusta vuorottelukäyttäytymis- ja pakkouintikokeissa. Pitkäaikaistutkimuksessa gatifloksasiini annoksena 50 mg/kg, p.o., tuotti pitoa heikentävän vaikutuksen vasta 14 päivän annon jälkeen. Nämä tulokset osoittavat, että gatifloksasiinilla on prokonvulsiivisia ja anksiogeenisia vaikutuksia, mutta sillä ei ole vaikutusta mielialaan ja muistiin. Pitkäaikainen gatifloksasiinin anto 14 päivän ajan vähensi hiirten tarttumisvoimaa ja liikkeiden heikentymistä .
Riahi et al. yrittivät ymmärtää paremmin uuden syöpälääkkeen, gatifloksasiinin, ja DNA:n välistä fysikaalis-kemiallista vuorovaikutusta. Kun otetaan huomioon lääkkeen fysikaalis-kemialliset ominaisuudet sekä mekanismi, jolla se vuorovaikuttaa DNA:n kanssa, pitäisi lopulta pystyä suorittamaan uusien syöpä- tai viruslääkkeiden rationaalinen suunnittelu. Gatifloksasiinin ja DNA:n välille muodostuneen kompleksin molekyylimallinnus osoitti lääkkeen täyden kyvyn osallistua vakaan interkalaatiokohdan muodostamiseen. Gatifloksasiinin ja DNA:n emästen (adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini) molekyyligeometriat optimoitiin B3LYP/6-31G-menetelmän avulla. Eristetyn interkalaattoripaikan ominaisuuksia ja sen pinoutumisvuorovaikutuksia adeniini/tymiini (AT) ja guaniini/sytosiini (GC) -emäsparien kanssa tutkittiin DFTB-menetelmällä (DFT-menetelmän likimääräinen versio, jota laajennettiin kattamaan Lontoon dispersioenergia). B3LYP/6-31G-stabilisaatioenergioiden todettiin olevan – 26,99 kcal/mol AT-gatifloksasiini-interkalaattorille ja – 37,62 kcal/mol GC-gatifloksasiini-interkalaattorille. Johtopäätöksenä oli, että dispersioenergia ja sähköstaattinen vuorovaikutus vaikuttivat interkalaattori/DNA-emäsparikompleksien vakauteen .