Projektowanie, synteza i ocena aktywności biologicznej

Tomasz Stefański
Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Wydział Farmaceutyczny
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Projektowanie, synteza i ocena aktywności biologicznej
tiopochodnych stilbenu
Choroby nowotworowe stanowią w dalszym ciągu światowy problem społeczny.
Wysoka zapadalność na nowotwory oraz znaczne koszty leczenia stwarzają potrzebę
poszukiwania nowych skutecznych chemoterapeutyków o wielokierunkowym działaniu
przeciwnowotworowym, które nie wykazywałyby jednocześnie toksyczności w stosunku do
zdrowych komórek. Przykładem związków naturalnych charakteryzujących się takim
działaniem są resweratrol (3,4’,5-trihydroksy-trans-stilben; RSV) oraz kombretastatyna A-4
(3’-hydroksy-3,4,4’,5-tetrametoksy-cis-stilben;
CA-4).
CA-4
charakteryzuje
się
silną
aktywnością antymitotyczną i antyangiogenną. Jest ona obecnie najbardziej znanym
inhibitorem polimeryzacji tubuliny a fosforan CA-4 (ZybrestatTM) jako prolek znajduje się
aktualnie w III fazie badań klinicznych w leczeniu anaplastycznego raka tarczycy –
odmiany bardzo agresywnej i opornej na leczenie. Ponadto CA-4 wykazuje silną aktywność
antyangiogenną
poprzez
selektywne
hamowanie
tworzenia
się
nowych
naczyń
krwionośnych w tkance nowotworowej. RSV z kolei wykazuje szeroko pojętą aktywność
chemoprewencyjną oraz przeciwnowotworową na różnych etapach procesu kancerogenezy:
inicjacji (działanie antyoksydacyjne oraz hamowanie aktywności izoenzymów CYP), promocji
(działanie przeciwzapalne) oraz progresji (działanie antyproliferacyjne – indukcja apoptozy).
Jego istotnym ograniczeniem jest niska biodostępność. Z tego powodu poszukuje się
analogów RSV, charakteryzujących się nie tylko większą biodostępnością, ale także
selektywną aktywnością w odniesieniu do specyficznych kaskad sygnałowych, istotnych dla
indukcji nowotworów. Najczęściej są to pochodne metoksylowe. Również liczne na całym
świecie studia SAR (ang. structure-activity relationship) dowodzą, iż istotne dla zachowania
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
aktywności przeciwnowotworowej CA-4 są grupy metoksylowe obecne w obu pierścieniach
fenylowych.
Istnieją sugestie, iż zastąpienie tlenu bioizosterycznym atomem siarki w tych
ugrupowaniach pozwoli zwiększyć ich aktywność. Potwierdzają to m.in. wstępne badania
zarówno
biologiczne,
jak
i
obliczeniowe.
Ponadto
przeprowadzone
badania
metylotiopochodnych RSV jako inhibitorów ludzkich rekombinowanych izoenzymów
CYP1A1, CYP1A2 oraz CYP1B1 udowadniają, iż są one bardziej aktywne od ich analogów
metoksylowych.
Podstawowe cele pracy obejmują: zaprojektowanie przy wykorzystaniu narzędzi
chemoinformatycznych
scharakteryzowanie
oraz
pod
modelowania
względem
molekularnego,
fizykochemicznym
i
zsyntetyzowanie
biologicznym
oraz
nowych
pochodnych cis- oraz trans-stilbenu przyjmując odpowiednio CA-4 oraz RSV jako
związek wiodący. Synteza chemiczna obejmuje otrzymanie analogów, które w miejsce
atomu/ów tlenu w cząsteczce będą posiadały atom/y siarki, a także przyłączone dodatkowe
podstawniki metoksylowe lub metylotiolowe do pozostałych wolnych pozycji w pierścieniach
fenylowych. Ponadto w przypadku pochodnych CA-4 zaplanowano syntezę 4 grup
związków różniących się budową rdzenia cząsteczki (cis-stilbeny, pochodne kwasu
-
fenylocynamonowego, N-metyloimidazole i oksazole). Usztywnienie cząsteczki CA-4
różnymi układami heterocyklicznymi zgodnie z danymi literaturowymi okazała się skutecznie
zapobiegać przekształcaniu formy cis w izomer trans i zwiększała działanie cytotoksyczne
związków w stosunku do komórek nowotworowych.
Badanie biologiczne i biochemiczne otrzymanych pochodnych stilbenu obejmują:
a) wpływ na aktywność enzymów z grupy CYP450 dla pochodnych RSV,
b) wpływ pochodnych RSV na aktywność czynników transkrypcyjnych biorących udział w
procesie kancerogenezy NF- B i AP-1,
c) wpływ na proces polimeryzacji tubuliny pochodnych CA-4 (CA-4),
d) badanie aktywności cytotoksycznej na wybranych liniach komórek nowotworowych
pochodnych RSV i CA-4,
e) oceny
zdolności
najaktywniejszych
pochodnych
CA-4
do
wywołania
śmierci
apoptotycznej wybranych linii komórkowych na podstawie pomiaru aktywności kaspaz 3
i 9.
Przewiduje się dalsze modyfikacje otrzymanych i przebadanych biologicznie
związków wykazujących wysoką, obiecującą aktywność przeciwnowotworową w celu
poprawienia ich właściwości fizyko-chemicznych. Odbywać się to będzie poprzez
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
wytworzenie nanocząstek charakteryzujących się strukturą typu rdzeń-powłoka (ang.
core/shell) o własnościach luminescencyjno-magnetycznych.
Znalezienie bardziej aktywnych a zarazem mniej toksycznych pochodnych w
połączeniu z wykorzystaniem modelowania molekularnego do oceny ich powinowactwa do
receptora daje szansę uzyskania istotnych a zarazem przybliżających nas informacji co do
samego miejsca wiążącego pozwalając na projektowanie w przyszłości jeszcze lepszych, a
więc bardziej selektywnych inhibitorów polimeryzacji tubuliny w oparciu o znajomość
mechanizmu działania. Zdobyta wiedza w tym zakresie posłuży ostatecznie do otrzymania
wysoce aktywnych pochodnych stilbenowych, które będą mogły być włączone do
ewentualnych testów przedklinicznych i klinicznych i ich dalszej komercjalizacji przez firmy w
naszym regionie.
Zastosowanie nowoczesnych nanostruktur charakteryzujących się strukturą typu
rdzeń-powłoka (ang. core/shell) o własnościach luminescencyjno-magnetycznych pozwoli
poprawić biodostępność najbardziej aktywnych struktur, ich selektywność, wykorzystać je
jako nowoczesne nośniki substancji terapeutycznych, a także w diagnostyce medycznej.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego