k2c18cx
1. Introducere
S-a constatat ca un numar mare de imbolnaviri sunt asociate cu modificari
ale concentratiei ionilor metalici din tesuturi sau fluide. Concentratiile normale
sunt mentinute printr-un sistem complex de control.
Rolul metalelor in organism poate fi considerat din punct de vedere al
surplusului (intoxicatii) , perturbari in sistemele de control (perturbari
metabolice), insuficiente (imbolnaviri, uneori cu caracter genetic).
Influentarea sistemelor de control a ionilor metalici conduce la imbolnaviri,
uneori ireversibile din necunoasterea cauzei.
Combinatiile complexe au un rol determinant si in activitatea medicamentoasa.
In general, medicamentele stabilesc interactiuni la nivelul celulei.
Domeniul chimioterapiei cancerului a evoluat mul in ultimii ani, un numar
mare de noi substante naturale sau de sinteza fiind testate in acest scop.
Substantele medicamentoase eficace in neoplasmele umane si experimentale
au, in general proprietati chelatoare sau sunt usor metabolizate cu compusi
cu astfel de proprietat. Multe dintre ele interactioneaza cu acizii nucleici,
inhiband sinteza ADN, ceea ce explica modul lor general de actiune.
In scopul clinic, au fost utilizati antimetabolitii, agentii alchilanti, unii
produsi naturali (alcaloizi sau antibiotice) si hormoni steroizi.
Antimetabolitii prezinta o structura asemanatoare cu diferiti metaboliti normali
cu care intra in competitie. Cei mai importanti antimetaboliti sunt cei
analogi acidului folic, bazelor purinice, bazelor pirimidinice
Agentii alchilanti, azotiperitele, etileniminele si derivatii entersulfonici
sunt substante donoare de grupari alchil reactive , cu care blocheaza grupari
biologic active ale proteinelor si nucleoproteinelor esentiale metabolismului
normal al celulelor.
Hormonii estrogeni, androgeni si steroizii corticosuprarenali sunt eficace fata
de tesuturile a caror crestere este anormala sub control hormonal.
Substantele anticancerigene ca agentii de chelare manifesta de obicei o afinitate
superioara fata de unele metale cancerigene (anormale) existente in organism.
Deoarece selectivitatea este redusa, ele pot inactiva si unele enzime necesare
cresterii rapide sau anormale a celulelor.
Utilizand 6 mercaptopurina ca ligand a unor ioni metalici mai ales a Pt(II)
si Pt(IV) au fost sintetizate combinatii complexe cu actiune citostatica. Se
presupune ca, in urma actiunii lor asupra virusurilor, se elibereaza ligandul
biologic activ, care inhiba in continuare cresterea celulelor.
Implicarea compusilor de coordinatie in aceste fenomene are drept justificare
faptul ca diferite parti ale virusurilor reprezinta agenti de chelare, care
pot inlocui liganzii in compusii de coordinare. Chiar o alterare
minora de acest gen, va conduce aproape sigur la reducerea sau la eliminarea
patogenitatii virale.
O alternativa este introducerea unui ion metalic in vecinatatea virusului
astfel incat sa poata avea loc complexarea.
O alta cale este utilizarea liganzilor care poseda o activitate antitumorala.
In ceea ce priveste explicarea actiunii antitumorale dupa formarea ligandului,
ar avea loc dezactivarea ionilor metalelor cu actiune cancerigena sau a enzimelor
necesare cresterii rapide atat a celulelor sanatoase cat si a celor
maligne.
Configuratia spatiala a ligandului cu actiune anticancerigena constituie un
factor important in ceea ce priveste actiunea sa farmacologica.
2. Combinatii coordinative cu activitate antitumorala
Activitatea antitumorala a combinatiilor coordinatice ale Pt(II) pare a fi
limitata la cele de tipul aPtA2X2i, neutru din punct de vedere electric caracteristica
izomerilor cis.
Combinatiile coordinative ale Pt(II) cu sarcina electrica sunt incative, chiar
daca liganzii sunt usor schimbabili.
Activitatea antitumorala a complecsilor Pt(II) , de tipul aPtA2X2i depinde de
natura liganzilor. Cele mai bune rezultate au fost obtinute cu Cl- si Br-, liganzi
anionici monodentati cu capacitate de schimb intermediara si cu anionii oxalat,
malonat, liganzi carboxilati bidentati. In ceea ce priveste natura anionilor
cu molecule de amoniac si de diamine ciclice saturate in ceea ce priveste
pe cea a aminelor.
Prin urmare, cis-diclorodiaminoplatina (II), cis aPt(NH3)2Cl2i cuoscuta si sub
denumirea de Sarea lui Peyrone, introdusa in terapeutica de catre Rosenberg
si Van Camp prezinta cea mai ridicata activitate antitumorala.
Din 1978, cis platinul ca preparat unic sau combinat cu alte citostatice (vinblastinul,
bloemicina, adriamicina, ciclofosfamid) a fost folosit in tratamentul
carcinoamenlor ovariene, pulmonare, ale vezicii si zona cap-gat.
Cele mai frecvente efecte seundare ce apar in terapia cu cis-platin sunt
afectarea zonei gastrointestinale (aparitia de greturi si stari de voma) si
a rinichilor, datorita inhibarii enzimatice prin coordinarea platinei la gruparile
sulfhidrice ale proteinelor. De aceea, se recomanda administrarea unor combinatii
cu sulf ca N-etilditiocarbamatul de sodiu, tiouree si chiar diuretice ce impiedica
legarea platinei la atomii de sulf ai proteinelor.
Odata descoperit un medicament cu proprietati terapeutice benefice pentru o
anumita boala cercetatorii cauta sa-i imbunatateasca mereu performantele.
Acest lucru este posibil prin sinteza si studiul compusilor analogi (medicamentelor
de a doua generatie).
Analogii, pot fi capabili sa imbunatateasca eficacitatea medicamentului
de referinta datorita faptului ca o concentratie mai mica de medicament poate
produce acelasi efect. Pe de alta parte, proprietatile toxicologice ale medicamentului
pot fi mult imbunatatite. Deci analogii pot avea efecte toxice secundare
mai putine decat produsul de baza.
In al doilea rand, medicamentele de generatia a doua pot fi utilizati
in tratamentul cazurilor in care s-a manifestat o rezistenta la
medicamentul original.
In functie de profilul toxicologic si eficacitatea acestor medicamente de generatia
a doua se pot obtine prin studiu si sinteza analogi ai acestor tip de medicamente.
Acest din urma analog poarta denumirea de medicament de generatia a treia.
Au fost sintetizati multi analogi ai cis platinului, unii produc aceleasi efecte
terapeutice ca si cis paltinul dar sunt necesare cantitati mult mai mici si
prezinta efecte secundare mai mici.
Trei dintre acesti analogi sunt craboplatinul, spiroplatinul si iproplatinul
a caror structura este indicata mai jos.
Carboplatinul s-a dovedit a fi cel mai eficace dintre acesti trei analogi
si a fost aprobat pentru a fi folosit in tratamentul cancerului ovarian.
Carboplatinul si cis platinul formeaza un un aduct identic cu DNA-ul si are
prezinta activitati similare impotriva tumorilor ovariene, pulmonare.
Carboplatinul este mai putin toxic pentru sistemul nervos periferic si pentru
rinichi. Toxicitatea scazuta se datoreaza structurii carboplatinului. Prezenta
ligandului dicarboxilat bidentat indicat mai jos, conduce la incetinirea
degradarii carboplatinului in derivati greu metabolizabili.
Intr-adevar, timpul de injumatatite a carboplatinului la 37°C in
plasma sanguina este de 30 ore pe cand a cisplatinului este 1,5-3,6 ore.
Toxicitatea scazuta a carboplatinului si activitatea acestuia asupra unor tumori
rezistente la actiunea cisplatinului au condus la utilizarea carboplatinului.
Alaturi de carboplatin si alti analogi de generatia a doua, s-au sintetizat
medicamente de a treia generatie. Acesti compusi au structura indicata mai jos
iar cea mai mare realizare a acestor compusi fata de cisplatin a fost ca acesti
analogi pot fi administrati oral, in comparatie cu cis platinul care este
administrat intravenos.
Acesti complecsi sunt suficient de stabili pentru trece prin tractul digestiv.
Ei traverseaza mucoasa gastrointestinala si trec in circuitul sanguin.
Dupa absorbtia sanguina acesti compusi sunt metabolizati pentru a forma analogi
Pt(II) tetracoordinati ai cisplatinului. Aceste combinatii complexe reprezinta
forma activa a medicamentului.
Au mai fost testati analogi complecsi hexacoordianti ai Pt(IV) folosind sase
linii celulare de cancer ovarian uman. Cercetatorii au descoperit ca pe masura
ce marimea restului R din ligand creste, cu atat complecsii devin mai
eficienti in distrugerea celulelor canceroase.
Cercetatorii considera ca aceste medicamente de a treia generatie sunt mult
mai eficace decat cis platinul pentur ca acestia se acumuleaza in
celula in concentratii mai mari decat cis-platinul.
3. Complecsi ai Pt(II)
Proprietatile unui medicament depind de structura intregii molecule
sau a unei anumite parti capabil sa se combine cu un centru receptor.
In figura de mai jos sunt ilustrate structurile unor complecsi ai platinei.
Din figura de mai sus, putem sa stabilim o serie de corelatii structura reactivitate:
-combinatiile octaedrice ale Pt(IV) prezinta activitate citostatica mai redusa
decat cele plan patrate ale Pt(II), se presupune ca speciile ce contin
Pt(IV) sunt reduse in vivo la derivati ai Pt(II).
-activitatea citostatica a fost pusa in evidenta numai la combinatiile
cu configuratie cis, izomerii trans aparand ca inactivi.
-complexul trebuie sa contina doua grupari nelabile sub forma de doi liganzi
monodentati sau un ligand bidentat
-ligandul clor se comporta ca un membru activ pe cand legaturile amina-platina
sunt foarte stabile si inerte la atacul nucleofilc
-liganzii amina ca grupari nelabile trebuie sa contina o jonctiune N-H si prin
acesta , posibilitatea de a forma punti de hidrogen
-speciile neutre nu au dat dovada de activitate antitumorala, chiar daca s-a
respectat criteriul de labilitate. Acest fapt este adesea corelat si cu transportul
prin membranele celulare si cu imposibilitatea de a atinge concentratiile dorite.
4. Distributia celulara a cis platinului
Cis platinul este administrat intravenos sub forma de solutie NaCl 0.9% sterila.
Odata ajuns in circulatia sanguina, el ramane intact datorita concentratiei
relativ crescute de ioni de Cl-(I100mM). Compusul neutru intra apoi in
celula atat prin difuzie pasiva cat si prin distributie celulara.
In celula, molecula neutra de cis platin sufera un proces de hidroliza in
care ligandul Cl este inlocuit cu o molecula de apa generand specii
cu sarcina pozitiva.
Hidroliza decurge in interiorul celulei la concentratii mult mai mici
ale ionului clorura (3-20 mM) -;si deci la concentratii mai mari de apa.
In interiorul celulei: aPtII(NH3)2Cl2i + H2O -> a PtII(NH3)2Cl(H2O)i+ +
Cl aPtII(NH3)2Cl(H2O)i+ + H2O -> aPtII(NH3)2(H2O)2i2+
Asa cum este indicat in figura de mai sus, odata intrat in celula
cis platinul are mai multe tinte potentiale: ADN,ARN, enzimele care contin sulf
ca de exemplu metalotioneina sau glutationul; si mitocondria.
Efectele ADN in mitocondrie nu sunt inca bine elucidate, dar este
posibil ca efectele asupra ADN mitocondrial ale cis platinului sa conduca la
moartea celulara.
Interactiunea cis platinului cu enzimele care contin sulf este mai bine inteles.
Se considera ca aceste enzime sunt implicate in rezistenta celulara la
cis platin.
Efectele cis platinului asupra ARN si ADN au fost studiate pe larg.
4.1. Interactiile cis platinului cu ARN
Desi cis platinul poate forma un compus coordinativ cu ARN, nu se considera
ca aceasta interactie joaca un rol important in mecanismul de actiune
in organism al cis platinului din doua motive.
Primul, o singura molecula de ARN afectata poate fi rapid inlocuita de
una nou sintetizata; studiile au indicat ca cis platinul nu afecteaza sinteza
ARN (dar afecteaza sinteza ADN).
In al doilea rand, administrarea in vitro a cis platinului in doze
letale unor celule tumorale a condus la concluzia ca numai o mica fractiune
(1 pana la 10%) din moleculele de ARN au fost afectate.
4.2. Interactia cis platinului cu ADN
Cis platinul formeaza combinatii coordinatice cu ADN in principal prin
intermediul anumitor atomi de azot din perechile de baza ale ADN. Acesti atomi
de azot (in special atomul N7 a purinelor) sunt liberi sa se coordineze
cu cis platinul pentru ca ei nu participa la formarea legaturilor de hidrogen
cu alte baze ale moleculelor de ADN.
Se pot forma multe tipuri de aducti sau combinatii complexe cis platin-ADN.
Cele mai importante dintre acestea, par sa fie cele in care 2 liganzi
Cl ai cis platinului sunt inlocuiti de atomi de azot purinici din baze
adiacente ale aceleiasi catene de ADN.
(a) Bazele purinice implicate in mod normal in formarea acestor
aducti sunt guaninele. S-au evidentiat insa si aducti care implica o molecula
de G si una de A.
Tinand seama de geometria sa, trans-DDP nu poate forma aducti 1,2 intracatenari.
De aici reiese si caracterul inactiv in eliminarea celulelor canceroase.
Se considera ca tocmai formarea acestor coordinari 1,2 intracatenare sunt importante
pentru activitatea anticanceroasa a cis platinului.
Am evidentiat modul de legare al cis platinului la ADN sa observam acum cum
acesta conduce la moartea celulara programata (apoptoza). Cercetatorii au observat
ca legarea cisplatinului la ADN afecteaza atat replicarea cat si
transcriptia ADN, precum si mecanismele de repararea a ADN.
Au fost studiate efectele cis platinului cat si ale trans-platinului asupra
replicarii ADN atat in vitro (folosind extracte celulare din organismul
gazda) cat si in vivo (in organismul gazda).
Studiile in vitro efectuate asupra celulelor procariote cat si asupra
eukariotelor au evidentiat ca atat cis platinul cat si transplatinul
actioneaza asupra ADN polimerazei (enzima implicata in procesul de replicare).
In mod particular, aductii 1,2 intracatenari ai cisplatinului cu ADN au stopat
functiile nu numai a ADN polimerazei ci a tuturor polimerazelor. In mod identic,
studiile in vivo au evidentiat ca cis DDP cat si transDDP inhiba replicarea
in egala masura- Alte studii au aratat insa ca cis-DDP este un agent
antitumoral efectiv, pe cand trans-DDP nu. Aceste rezultate sugereaza
ca replicarea ADN nu este singurul factor important pentru activitatea clinica
a cis-DDP in distrugerea celulelor tumorale.
Efectele cis-DDP si trans-DDP sunt mult mai greu de interpretat decat
efectele asupra replicarii. Oricum, cis-DDP nu pare sa inhibe transcriptia,
in acest fel conducand probabil catre apoptoza.
4.3. Cis platinul si repararea ADN
Activitatea citotoxica a cisplatinului poate proveni din imposibilitatea celulei
de a repara moleculele de ADN afectate. Intr-adevar studiile in vitro asupra
extractelor celulare au evidentiat ca cei mai intalniti aducti cisplatin-ADN
(aductii 1,2 intracatenari) nu sunt eliminati prin reparare. Acest proces ar
trebui sa aiba loc prin intermediul sistemului de reparare prin excizie.
Este oarecum periculos sa tragem prea multe concluzii din aceste studii datorita
faptului ca in organism pot apare procese de reparare care nu sunt evidentiate
in studiile efectuate pe culturile celulare.
4.4. Interactiunea proteinelor celulare cu Cisplatin-ADN
Cercetatorii au coordonat mai multe studii pentru a observa daca activitatea
citotoxica a cisplatinului poate rezulta dintr-o „cadere” a sistemului
de reparare prin excizie.
In acest sistem de reparare, inainte ca portiunea din catena de ADN defecta
sa fie excizata, este necesar ca aceasta trebuie sa fie recunoscuta de catre
celula Celula detecteaza catena de ADN defecta prin actiunea proteinelor de recunoastere.
Deci ca un prim pas in studierea sistemului de reparare prin excizie cercetatorii
au urmarit evidentierea proteinelor atasate aductilor cisplatin-ADN.
Exista mai multe metode de diferentiere a ADN legat de proteina sau a ADN liber.
Cercetatorii au folosit aceste metode pentru a izola proteinele care se leaga
tocmai de acesti aducti. Aceste proteine contin toate o portiune comuna (care
prezinta secvente de aminoacizi similare sau chiar identice) numita grup cu
mobilitate crescuta (HMG). Proteinele din aceasta clasa se numesc proteine cu
domeniu-HMG. Metodele de mai sus au aratat ca aceste proteine leaga aductii
cisplatin-ADN in vitro.
Determinarile in vivo au evidentiat ca proteinele cu domenii HMG sunt importante
pentru activitatea cis platinului. In absenta genei care codifica pentru aceste
proteine HMG celulele devin mai putin sensibile la cis platin decat celulele
poseda aceasta gena insemnand ca cis platinul este mai neeficace
in uciderea acestor celule.
Aceste rezultate sugereaza ca proteinele HMG joaca un rol important in
activitatea citotoxica.
Exista doua teorii care explica rolul proteinelor HMG in activitatea cisplatinului.
Multe din aceste proteine sunt factori de transcriptie, deci ei sunt necesari
pentru sinteza ARN din catena ADN.
O teorie spune ca, daca factorii de trancriptie ce contin regiun HGM se leaga
preferential la aductii cisplatin-ADN, atunci acestia pot dezordona intregul
mecanism de transcriptie.
A doua teorie sugereaza ca proteinele HMG se leaga la aducti- Aductii nu mai
pot fi recunoscuti pentru reparare. In acest caz, repararea ADN ului este incetinita.
Deci, aductul cisplatinum-ADN este mai persistent decat ar fi in
absenta proteinelor HMG, iar repararea este mul incetinita.
Aceste procese interfera cu functiile celulare normale (printre ele replicarea
si transcriptia) si devin cauza mortii celulare.
In afara de activitatea antitumorala, cis platinul a dovedit a fi un bunt agent
antiviral. S-a presupus ca virusurile sunt singurii agensi care transforma celulele
normale in celule tumorale, dar totodata s-a constatat ca particulele
virale sunt rareori regasite in celulele tumorilor, ceea ce ar conduce
la concluzia ca transformarea are loc dupa infectia virala prin imprimarea caracterului
viral celulor normale.
Incercand o mutatie la celulele mamiferelor, putem presupune ca leziunile
primare ale ADN provocate de complecsii platinici actioneaza eliberand
genomul viral. Aceasta duce la multiplicarea activa a particulelor virale care
pot sau nu avea defecte.
Modificarea survine in sistemul imunologic care va fi stimulat sa produca
anticorpi impotriva celulelor tumorale.
S-ar putea ca prin eliminarea genomului viral si a particulelor virale fara
distrugerea celulelor care le-au continut celulele sa revina la starea normala;
aceste presupuneri sunt posibile dar insuficient studiate.
In prezent, directiile de cercetare urmaresc obtinerea de complecsi cu activitate
anticancer performanta pe baza parametrilor fizici, chimici si structurali.