Il glaucoma è una delle principali cause di cecità che colpisce, assieme alla maculopatia degenerativa senile, più di 70 milioni di persone al mondo. Si tratta di un gruppo di neuropatie ottiche degenerative, caratterizzate da una elevata pressione intraoculare (IOP), che causa una lenta e progressiva degenerazione delle cellule gangliari retiniche e dei loro assoni. Tale patologia mostra un ampio spettro di sintomi e cause che provocano un danno irreversibile al nervo ottico, con conseguente perdita irreversibile delle funzioni visive[26].
L’anormale aumento di IOP nel glaucoma è correlato a un cattivo funzionamento dei tessuti del reticolo trabecolare, situato nell'angolo della camera anteriore tra la
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cornea e l'iride (come mostrato in figura 23). Il loro ruolo è quello di mantenere una pressione equilibrata nella camera anteriore dell'occhio, consentendo all'umor acqueo prodotto dai corpi ciliari di defluire. Normalmente, dunque, alla produzione di umor acqueo corrisponde un pari deflusso che avviene tramite il canale di Schlemm e piccoli canali collettori che lo convogliano verso il plesso venoso episclerale, permettendo di mantenere costante la IOP. Il glaucoma è caratterizzato da un accumulo di umor acqueo nella camera anteriore, con il risultato di un aumento della IOP che col tempo causa danni al nervo ottico[27]. Esistono diversi tipi di glaucoma:
● il glaucoma primario, a sua volta diviso in glaucoma ad angolo aperto (dovuto ad uno scarso deflusso di umor acqueo a livello del tessuto trabecolato del sistema di drenaggio) e in glaucoma ad angolo chiuso (presenza di un ostacolo meccanico che impedisce l’accesso dell’umor acqueo al sistema di drenaggio);
● il glaucoma congenito; ● il glaucoma secondario.
Figura 23: Occhio normale a sinistra, occhio affetto da glaucoma a destra. Sono
inoltre mostrati l’origine della produzione di umor acqueo, il reticolo trabecolare deputato all’efflusso dell’umor acqueo ed il sito in cui il nervo ottico viene danneggiato dall’eccessiva IOP.
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Il trattamento farmacologico del glaucoma si basa sulla riduzione della IOP intervenendo principalmente su due fronti: la diminuzione dell’afflusso e/o l’aumento della velocità di deflusso di umor acqueo.
Esistono 5 classi di farmaci sotto forma di colliri approvati per il trattamento del glaucoma: agenti colinergici (come la Pilocarpina), simpatico mimetici che agiscono sui recettori α-adrenergici, analoghi delle prostaglandine (come Travoprost e Latanoprost), β-bloccanti (come Timololo) e CAIs (come Dorzolamide e Brinzolamide). I farmaci delle prime tre classi agiscono aumentando il deflusso di umor acqueo, mentre quelli delle ultime due ne riducono la produzione.
La relazione che lega glaucoma e CAs è nota da anni; infatti, a seguito degli studi pionieristici di Friedenwald del 1949, Kinsey del 1953 e Kinsey e Barany del 1949, sulla chimica e la dinamica dell'umor acqueo, è stato dimostrato che il costituente principale di questa secrezione è NaHCO3[28-30].
Il passo successivo fu l'identificazione di CA, nell'uvea anteriore dell'occhio da parte di Wistrand: in uno studio condotto nel 1951, egli dimostrò che questo enzima (presente principalmente nei processi ciliari) è responsabile della secrezione di HCO3-, come conseguenza della reazione di idratazione di CO2[31].
Becker in uno studio condotto nel 1955, ha poi dimostrato che l’acetazolamide 1 (una solfonammide in grado di inibire l’enzima CA) produce una diminuzione di IOP negli animali da esperimento e nell'uomo[32], mentre Kinsey e Reddy in uno studio condotto nel 1959, hanno dimostrato che questo fenomeno è dovuto ad una ridotta secrezione di HCO3-, come conseguenza dell'inibizione di CA a livello dei
corpi ciliari[33].
CAIs solfonammidici come Acetazolamide 1, Metazolamide 2, Etossizolamide 3 e Diclorofenamide 4 (le cui strutture sono riportate in figura 24) sono farmaci sistemici antiglaucoma ancora utilizzati in clinica per gravi forme di ipertensione intraoculare, nonostante i numerosi effetti collaterali dovuti alla presenza di CA in molti altri tessuti e organi.
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Figura 24: CAIs utilizzati in clinica nel trattamento del glaucoma[27].
Successivamente, negli anni ‘90, furono sviluppati i primi CAIs con struttura solfonammidica solubili in acqua e nel 1995 la Merck lanciò il primo agente farmacologico di questo tipo sotto forma di collirio al 2%: la Dorzolamide 6 (figura 24). Un secondo composto strutturalmente correlato, la Brinzolamide 7 (figura 24), scoperta presso Alcon Laboratories, è stato a sua volta approvato per il trattamento topico del glaucoma nel 1999. Questi due composti sono ancora ad oggi gli unici CAIs ad azione topica in uso clinico per il trattamento del glaucoma[27].
La Dorzolamide 6 e la Brinzolamide 7 sono potenti CAIs solubili in acqua; tuttavia, sono sufficientemente liposolubili per penetrare la cornea e quindi possono essere somministrati rispettivamente per via topica come sali (a un pH di 5.5) o come basi libere. Questi due farmaci risultano essere efficaci nel ridurre la IOP e mostrano minori effetti collaterali rispetto ai farmaci utilizzati per via sistemica.
È interessante notare che la via di segnalazione ossido nitrico (NO)/guanilil ciclasi solubile (sGC) fa aumentare il livello locale di guanosina monofosfato ciclico (cGMP), un secondo messaggero importante per l'omeostasi dell'umor acqueo. Un’ulteriore dimostrazione di tale funzione fisiologica è data dall’osservazione di un ridotto contenuto di NO e/o di cGMP nell'umore acqueo nei pazienti affetti da glaucoma. Inoltre, è stato dimostrato che alcuni donatori di NO riducono la IOP in
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condizioni normali e patologiche[34]. I donatori di NO sono una classe farmaci relativamente inesplorata nel campo delle terapie oculari, nonostante la presenza ubiquitaria di target per NO in tutti i comparti degli occhi dedicati alla produzione e al drenaggio dell'umor acqueo.
Basandosi su queste premesse, il gruppo di ricerca di Steele nel 2009 ha studiato un nuovo approccio terapeutico per il trattamento del glaucoma. In questo studio è stata valutata l’efficacia, in somministrazione topica, di CAIs donatori di NO, in cui si combina in un’unica molecola un duplice meccanismo d’azione: il potenziamento della via di segnalazione NO/sGC/cGMP e l’inibizione degli enzimi CA. Per fare ciò è stata utilizzata come scheletro strutturale di base la molecola di Dorzolamide 6, sulla quale sono stati inseriti dei gruppi donatori di NO sotto forma di esteri nitrici (come mostrato in figura 25).
Figura 25: Dorzolamide e suoi derivati donatori di NO[34].
Alcuni di questi composti hanno mostrato un’elevata potenza ed efficacia NO- mediata, come provato dal loro effetto vaso-rilasciante sull’anello aortico dei conigli pre-contratto da Metoxamina; inoltre, hanno dimostrato di poter abbassare fortemente la IOP in vivo nei conigli normotesi[34].
I CAIs possono essere utilizzati anche per il trattamento dell’edema maculare, una patologia multifattoriale che colpisce la zona centrale della retina, detta macula. E’ ad andamento progressivo e può portare alla perdita completa ed irreversibile della visione centrale. L'Acetazolamide 1 somministrata per via sistemica (come sale di sodio) si è dimostrata efficace nel trattamento di questa condizione. Un’analoga efficacia è stata recentemente riportata anche per la somministrazione topica di Dorzolamide 6 e Brinzolamide 7. La risoluzione dell'edema e il
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miglioramento della funzione visiva sono indipendenti dall'attività ipotensiva della solfonammide, mentre si presume che siano dovuti agli effetti diretti dei CAIs sulla circolazione nella retina. Acetazolamide 1, Dorzolamide 6 e Brinzolamide 7 infatti agiscono come vasodilatatori locali, migliorando il flusso sanguigno in questo organo e promuovendo il deflusso dei liquidi in eccesso e dei prodotti metabolici di scarto. In seguito a tale trattamento, nelle prime fasi della malattia, la visione risulta notevolmente migliorata[7].
La retinopatia diabetica proliferativa e l’edema maculare diabetico rappresentano una delle principali cause della perdita della vista nei paesi industrializzati e attualmente non sono presenti trattamenti farmacologici risolutivi. Recentemente, però, è stato dimostrato che l’isoenzima citosolico lento CA-I media la permeabilità vascolare retinica emorragica e la permeabilità vascolare cerebrale attraverso l'attivazione di precallicreina e la generazione di una serina proteasi altamente attiva, il fattore XIIa[35]. Questi fenomeni contribuiscono alla patogenesi della retinopatia diabetica proliferativa e dell’edema maculare diabetico, pertanto, l'inibizione di CA-I potrebbe essere un bersaglio terapeutico per il trattamento di queste condizioni.
Alcune delle isoforme associate alla membrana, come CA-IV, -IX e -XII, sono state prese in considerazione come possibili bersagli delle solfonammidi per spiegare l’effetto antiglaucoma. In particolare, è stato recentemente osservato che l’isoforma XII è iperespressa negli occhi dei pazienti affetti da glaucoma e probabilmente riveste un ruolo importante nell’aumento di IOP tipica della malattia[36]. Successivamente è stato dimostrato che la CA-XII viene fortemente inibita da tutte le solfonammidi antiglaucoma usate clinicamente (la cui struttura è riportata in figura 24) e dunque, questa è probabilmente l’isoforma di membrana implicata nel glaucoma che questi farmaci hanno come bersaglio[37].