8 Farmacologia
Gatifloxacina è entrata nel mercato farmaceutico degli Stati Uniti nel 2000 ed è usata per trattare una vasta gamma di infezioni batteriche Gram-positive e Gram-negative. Il meccanismo d’azione della gatifloxacina comporta l’inibizione della DNA girasi batterica, che è essenziale per la replicazione del DNA, ed è stato proposto che gli intermedi del complesso metallico siano coinvolti in questo processo. La DNA girasi è un enzima batterico essenziale che catalizza il super avvolgimento negativo ATP-dipendente del DNA a doppio filamento chiuso-circolare. La girasi appartiene a una classe di enzimi noti come topoisomerasi che sono coinvolti nel controllo delle transizioni topologiche del DNA. Il meccanismo con cui la girasi è in grado di influenzare lo stato topologico delle molecole di DNA è di interesse intrinseco dal punto di vista enzimologico. Inoltre, molta attenzione è stata focalizzata sulla girasi del DNA come bersaglio intracellulare di una serie di agenti antibatterici come paradigma per altre topoisomerasi del DNA. Si ritiene che il gruppo metossi medi il legame del complesso DNA-DNA girasi al complesso DNA-topoisomerasi e potenzialmente diminuisce la probabilità di resistenza di alto livello. La gatifloxacina è un fluorochinolone antimicrobico sintetico ad ampio spettro attivo sia contro gli organismi Gram-negativi che Gram-positivi ed è usato nel trattamento di un’ampia gamma di infezioni.
Naber et al. hanno confrontato le MIC di gatifloxacina con quelle di gemifloxacina, moxifloxacina, trovafloxacina, ciprofloxacina e ofloxacina utilizzando un metodo di diluizione in agar per 400 uropatogeni coltivati dalle urine di pazienti urologici con infezioni del tratto urinario complicate e/o acquisite in ospedale. La collezione di ceppi consisteva di Enterobacteriaceae (34,5%), enterococchi (31,5%), stafilococchi (21,2%), e batteri non fermentanti (12,8%). L’attività antibatterica dei tre nuovi fluorochinoloni (gatifloxacina, gemifloxacina e moxifloxacina) è stata simile, ma ha mostrato alcune differenze farmaco-specifiche. La gemifloxacina era più attiva contro E. coli ma meno contro P. mirabilis. In questa serie, tutti gli isolati di E. coli sono stati inibiti a una MIC di 0,25 mg/L di gatifloxacina e moxifloxacina e da 0,125 mg/L di gemifloxacina. La distribuzione MIC di tutti i fluorochinoloni ha mostrato una distribuzione bimodale per stafilococchi, enterococchi e P. aeruginosa. I due modi per P. aeruginosa erano 1 e 64 mg/L per la gemifloxacina e la moxifloxacina, e 0,5 e 64 mg/L per la gatifloxacina. Per gli stafilococchi, i due modi erano 0,125 e 2 mg/L per la gatifloxacina, 0,03 e 4 mg/L per la gemifloxacina, e 0,03 e 2 mg/L per la moxifloxacina. Inoltre, le due modalità per gli enterococchi erano 0,25 e 16 mg/L per la gatifloxacina, 0,06 e 2 mg/L per la gemifloxacina, e 0,25 e 8 mg/L per la moxifloxacina. Rispetto alla trovafloxacina, i valori MIC erano simili, ma i fluorochinoloni più recenti erano più attivi della ciprofloxacina e dell’ofloxacina contro i batteri Gram-positivi. Dei nuovi fluorochinoloni, la gatifloxacina aveva il più alto tasso di escrezione renale e potrebbe essere considerato un promettente agente fluorochinolone alternativo per il trattamento delle infezioni del tratto urinario.
Yamada et al. hanno appreso che la gatifloxacina può causare sia ipoglicemia che iperglicemia in pazienti diabetici e non diabetici. La gatifloxacina è stata recentemente segnalata per stimolare la secrezione di insulina attraverso l’inibizione dei canali K+ (KATP) sensibili all’ATP nelle cellule β del pancreas. L’ipoglicemia indotta da gatifloxacina è associata all’uso concomitante di sulfoniluree e di solito si verifica immediatamente dopo la somministrazione del farmaco. È stato trovato che la gatifloxacina stimola acutamente la secrezione di insulina dalle isole pancreatiche del topo, e che la glibenclamide ha effetti additivi sulla secrezione di insulina indotta dalla gatifloxacina. Tuttavia, l’iperglicemia indotta da gatifloxacina richiede spesso diversi giorni per svilupparsi. È stato anche dimostrato che il trattamento cronico con gatifloxacina diminuisce il contenuto di insulina delle isole inibendo la biosintesi dell’insulina e può essere associato all’iperglicemia indotta da gatifloxacina. Inoltre, l’interruzione della gatifloxacina si traduce in un miglioramento della risposta secretoria dell’insulina. Questi dati chiariscono i diversi meccanismi dell’iperglicemia e dell’ipoglicemia indotte da gatifloxacina e suggeriscono che i livelli di glucosio nel sangue devono essere attentamente monitorati durante la somministrazione di gatifloxacina, specialmente nei pazienti anziani con insufficienza renale, diabete non riconosciuto o altri disturbi metabolici. Poiché il rischio di disglicemia potenzialmente pericolosa per la vita è aumentato durante la terapia con gatifloxacina, questi risultati hanno importanti implicazioni per la pratica clinica.
Ge et al. hanno dimostrato che poiché la gatifloxacina modula la trascrizione e riduce l’espressione e la funzione del gene GLUT1 nelle cellule HepG2, la gatifloxacina può indurre disglicemia pericolosa per la vita. La proteina GLUT1 (facilitated glucose transporter type 1) è espressa ubiquitariamente in molti tessuti. La funzione disturbata della proteina GLUT1 indebolisce il controllo glicemico sistemico e può causare disglicemia. In questo studio, è stato trovato che il trattamento con gatifloxacina a concentrazioni di 3.4 μg/mL (8.4 μM) e 17 μg/mL (42 μM), l’attività del promotore GLUT1 è stata stimolata da 2.8- e 3.8-fold, rispettivamente. L’espressione dell’mRNA di GLUT1 era diminuita del 41% e del 31%, e l’assorbimento del glucosio era diminuito del 41% e del 52%, rispettivamente. Questi risultati implicano che l’espressione genica disturbata GLUT1 e la funzione della proteina possono essere alla base dell’effetto disglicemico della gatifloxacina.
Drozak et al. hanno descritto l’azione della gatifloxacina negli epatociti isolati del coniglio e nei tubuli del rene-corteccia misurando l’attività della gluconeogenesi, un processo che mantiene l’omeostasi del glucosio del corpo intero. I dati hanno mostrato che nei tubuli della corteccia renale, l’applicazione di gatifloxacina fino a 100 μM è stata seguita da un marcato accumulo del farmaco nell’ambiente intracellulare e una diminuzione del tasso di formazione del glucosio dal piruvato del 20-50%. La gatifloxacina non ha influenzato il tasso di gluconeogenesi da alanina + glicerolo + ottanoato, o aspartato + glicerolo + ottanoato. A concentrazioni tra 25 e 200 μM, il farmaco ha diminuito il consumo mitocondriale di ossigeno del 20-45% con piruvato + malato e ADP. Come nel caso dell’α-ciano-4-idrossicinnamato (un inibitore consolidato del trasportatore mitocondriale del piruvato), la gatifloxacina ha diminuito l’assorbimento del piruvato da parte dei mitocondri sia renali che epatici. L’azione inibitoria della gatifloxacina era meno pronunciata negli epatociti, mentre la riduzione della formazione di glucosio dipendente dal piruvato e della respirazione mitocondriale non era superiore al 25%. L’antibiotico non ha influenzato il consumo mitocondriale di ossigeno con glutammato + malato sia nel rene-corteccia che nei mitocondri del fegato. Una dipendenza differenziale del substrato dell’azione della gatifloxacina sulla gluconeogenesi e la respirazione mitocondriale combinata con una diminuzione dell’assorbimento del piruvato da parte dei mitocondri suggerisce che l’azione inibitoria di questo farmaco sulla gluconeogenesi potrebbe derivare dalla sua compromissione del trasporto del piruvato nei mitocondri.
Bharal et al. hanno valutato gli effetti neurologici e neurocomportamentali della gatifloxacina dopo la sua somministrazione orale in due dosi (25 e 50 mg/kg per 7 e 14 giorni) nei topi. I parametri neurocomportamentali utilizzati per lo studio a breve termine di 7 giorni sono stati il sequestro indotto dal pentilenetrazolo, il test di nuoto forzato, l’elevated plus-maze, il comportamento di alternanza spontanea e i test rotarod. Tuttavia, solo pentilenetrazolo indotto sequestro e test rotarod sono stati eseguiti a lungo termine 14 giorni studio. I risultati hanno mostrato un effetto proconvulsivo della gatifloxacina (50 mg/kg) nel test di sequestro indotto dal pentilenetrazolo dopo entrambi gli studi di somministrazione a breve e lungo termine, e in entrambe le dosi ha mostrato un effetto ansiogeno. Tuttavia, in entrambe le dosi, la gatifloxacina non ha mostrato alcun effetto sulla memoria e sull’umore, e il farmaco non ha mostrato alcun effetto nel comportamento di alternanza e nei test di nuoto forzato. Nello studio a lungo termine, la gatifloxacina a 50 mg/kg, p.o. ha prodotto un effetto di compromissione della presa solo dopo 14 giorni di somministrazione. Questi risultati rivelano che la gatifloxacina possiede effetti proconvulsivanti e ansiogeni, ma non ha un effetto sull’umore e sulla memoria. La somministrazione a lungo termine di gatifloxacina per 14 giorni ha ridotto la forza di presa e la compromissione del movimento nei topi.
Riahi et al. hanno cercato di ottenere una migliore comprensione dell’interazione fisico-chimica tra un nuovo farmaco anticancro, la gatifloxacina, e il DNA. Considerando le proprietà fisico-chimiche del farmaco, così come il meccanismo con cui interagisce con il DNA, si dovrebbe alla fine essere in grado di condurre una progettazione razionale di nuovi farmaci anticancro o antivirali. La modellazione molecolare del complesso formato tra gatifloxacina e DNA ha presentato la piena capacità del farmaco di partecipare alla formazione di un sito di intercalazione stabile. Le geometrie molecolari della gatifloxacina e delle basi del DNA (adenina, guanina, citosina e timina) sono state ottimizzate con l’aiuto del metodo B3LYP/6-31G. Le proprietà del sito intercalare isolato e le sue interazioni di stacking con le coppie di basi adenina/timina (AT) e guanina/citosina (GC) sono state studiate usando il metodo DFTB (una versione approssimata del metodo DFT che è stata estesa per coprire l’energia di dispersione di Londra). Le energie di stabilizzazione B3LYP/6-31G sono state trovate a – 26,99 kcal/mol per l’intercalare AT-gatifloxacina e – 37,62 kcal/mol per l’intercalare GC-gatifloxacina. Si è concluso che l’energia di dispersione e l’interazione elettrostatica hanno contribuito alla stabilità dei complessi di coppia di base intercalatore/DNA.