projekotwanie oraz synteza nowych pochodnych

PROJEKOTWANIE ORAZ SYNTEZA NOWYCH POCHODNYCH
AZANAFTALENOWYCH O POTENCJALNYM ZASTOSOWANIU W TERAPII
FOTODYNAMICZNEJ
Opiekun naukowy: Prof. dr hab. Jarosław Polański
1. WSTĘP
Terapia fotodynamiczna (ang. Photodynamic therapy)
polegająca na połączonym
oddziaływaniu światłem i dostarczanymi do organizmu specyficznymi związkami zwanymi
fotouczulaczami była stosowana już 3 tys lat temu. Jednak dopiero od niedawna obserwuje
się jej gwałtowny rozwój związany z wykorzystaniem do walki z nowotworami. Dużą grupę
związków chemicznych (fotouczulaczy) mających zastosowanie w PDT stanowią porfiryny.
Niestety, większość z nich posiada niekorzystne parametry farmakokinetyczne powodujące
komplikacje przy stosowaniu takich leków. Obecnie uważa się, że dogodną możliwością
ominięcia tych problemów jest zastosowanie proleku porfiryny, a mianowicie kwasu 5aminolewulinowego. Jest to biogenna cząsteczka, przetwarzana w szeregu reakcji
enzymatycznych zachodzących w komórce do właściwego fotouczulacza – protoporfiryny
(PpIX). Nowym podejściem do idei proleków jest pomysł wspomagania terapii PDT
chelatorami żelaza, które zwiększają akumulację protoporfiryny w komórce. Zastosowane
związki mogą dodatkowo niszczyć komórki nowotworowe poprzez generowanie reaktywnych
form tlenu, wytworzonych przez aktywne redoksowo kompleksy żelaza z chelatorami.
2. ŻELAZO JAKO CEL TERAPII
Choroby nowotworowe, które dotykają coraz większą część społeczeństwa, stanowią obecnie
w skali świata drugą, co do liczności przyczynę zgonów. W związku z tym rodzi się potrzeba
poszukiwania nowych chemioterapeutyków o działaniu przeciwnowotworowym. Ważnym
problemem jest przy tym lepsze poznanie mechanizmów działania takich środków oraz ich
stałe doskonalenie. Ciekawą grupą potencjalnych leków w tym obszarze stanowią chelatory
żelaza. Niedobór żelaza na poziomie całego organizmu powoduje m.in. anemię, ponieważ
pierwiastek ten jest istotnym substratem w syntezie hemoglobiny, mioglobiny oraz licznych
białek hemowych i niehemowych. W organizmie człowieka żelazo nie występuje praktycznie
w formie wolnej, ulegając natychmiastowemu kompleksowaniu przez chelatory oraz białka
transportowe. Transport żelaza do komórek związany jest z występowaniem na ich
powierzchni receptora TfR1 (Transferrin Receptor 1). Wysoki stopień ekspresji receptora
TfR1 w komórkach nowotworowych wynika z dużego zapotrzebowania reduktazy
rybonukleotydowej (RR) na żelazo. W syntezie DNA RR jest kluczowym enzymem,
katalizującym redukcję rybonukleotydów do odpowiednich deoksyrybonukleotydów oraz
dostarczającym substraty do jego syntezy i replikacji. Ze względu na intensywność syntezy
DNA oraz wysoki poziom proliferacji w komórkach nowotworowych, wykazują one
nadekspresję enzymu, co wiąże się z wysokim zapotrzebowaniem na jony żelaza. W wyniku
hamowania RR może następować śmierć komórek nowotworowych, co sprawia że reduktaza
rybonukleotydowa staje się interesującym celem molekularnym potencjalnych leków
przeciwnowotworowych.
3. CEL PROJEKTU
Podstawowym celem projektu jest poszukiwanie nowych (hetero)aromatycznych
chelatorów żelaza, opartych o pierścień azanaftalenowy. Badania obejmować będą
projektowanie, syntezę oraz badanie właściwości przeciwnowotworowych otrzymanych
związków, w szczególności zaś ich zastosowanie jako substancji pomocniczych w terapii
fotodynamicznej.
4. METODYKA BADAWCZA
Badania in silico
Dotychczas opisane w literaturze chelatory badane na różnych liniach komórkowych oraz
celach molekularnych , pozwolą stworzyć bazę danych, która zostanie wykorzystana dodo
wygenerowania uprzywilejowanych motywów strukturalnych, określenia potencjalnego
farmakofora, a następnie zaprojektowania azanaftalenowych chelatorów żelaza nowej
generacji. Analiza potencjalnych celów syntetycznych obejmować będzie w szczególności
przegląd danych literaturowych, w tym komercyjnych baz danych typu DRUG BANK, PUB
CHEM, Espacenet. Do obliczania deskryptorów molekularnych zostaną użyte komercyjne
programy (np. MOE, Sybyl), oraz autorskie programy opracowane w naszym zespole np.
Drug Design Toolbox; (www.chemoinformatyka.us.edu.pl) pozwalające na obliczanie
deskryptorów molekularnych, modelowanie oraz dokowanie ligandów do określonego
enzymu.
Synteza
Głównym celem syntezy będą azanaftalenowe tiosemikrabazony oraz ich pochodne
heteroarmatyczne.
Wszystkie
związki
zostaną
scharakteryzowane
metodami
spektroskopowymi (NMR, IR, UV-VIS), w ramach prac syntetycznych zaś wykorzystany
zostanie reaktor mikrofalowy (Zakład Chemii Organicznej)
Badania biologiczne
Równolegle ze studiami nad właściwościami chemicznymi zsyntezowanych związków będą
prowadzone wielokierunkowe badania biologiczne w warunkach in vitro. Planowane
w ramach projektu badawczego zadania biologiczne będą obejmowały:
 badanie wpływu chelatorów na akumulację protoporfiryny IX w komórce;
 ocenę cytotoksyczności badanych związków wobec komórek nowotworowych i
prawidłowych (rodzaj śmierci komórkowej, aktywność proliferacyjną);
 określenie miejsc lokowania się związków w komórkach nowotworowych;
Badania biologiczne będą przeprowadzane we współpracy z Instytutem Onkologii w
Gliwicach oraz Sydney Medical School.
Zdjęcie 1
Chelator żelaza zadokowany do centrum aktywnego reduktazy rybonukleotydowej
© Paweł Mazur, Zakład Chemii Organicznej UŚ