COMPUI COORDINATIVI AI Pt(II) I Pt(IV) CU ACIUNE ANTITUMORAL I ANTIVIRAL

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

FACULTATEA DE CHIMIE APLICAT I TIINA MATERIALELOR

Popescu Elena Alexandra

Grupa 1122 A

CUPRINS

21. Incursiune in lumea combinaiilor complexe

32. Combinaii coordinative cu activitate antitumoral

63. Compleci ai Pt(II)

74. Distribuia celular a cis platinului

4.1 Interaciile cis platinului cu ARN----------------------------------------------------------------7 4.2. Interacia cis platinului cu ADN-------------------------------------------------------------74.3. Cis platinul i repararea ADN---------------------------------------------------------------84.4. Interaciunea proteinelor celulare cu Cisplatin-ADN--------------------------------------8Bibliografie----------------------------------------------------------------------------------------9

1.Incursiune n lumea combinaiilor complexe

Una dintre cele mai importante clase de medicamente antitumorale este cea reprezentata de combinatiile complexe ale unor metale tranzitionale. Substanta activa este alcatuita dintr-unul sau mai multi agenti de chelatare (liganzi) capabili sa lege atomul sau ionul central metalic. Se obtine astfel un compus cu reactivitate chimica asupra ADN-ului mutant din celulele canceroase.

Gradul de reactivitate si specificitatea de actiune (capacitatea de a distinge celulele sanatoase de cele canceroase) ale acestor medicamente sunt dictate de natura liganzilor care inconjoara atomul sau ionul metalic central. Astfel, acelasi atom metalic, dar complexat cu agenti de chelatare diferiti poate duce la diferite situsuri de actiune pentru acesti compusi.

Cel mai utilizat si studiat medicament antitumoral de acest tip este cisplatin (cis-diaminodicloroplatina(II)), cu aplicatii in diferite forme de cancer pulmonar, ovarian, testicular etc.:

Cisplatin isi manifesta actiunea antitumorala prin dislocuirea celor 2 liganzi de clor de 2 molecule de apa imediat dupa administrarea injectabila a cisplatinului. Complexul nou format pune in evidenta afinitatea atomului de platina pentru bazele azotate ale moleculei de ADN din celulele canceroase, guanina fiind baza azotata preferata. Prin crosslink-ul pe care cisplatin il face cu molecula de ADN, este impiedicat procesul multiplicarii prin mitoza a celulei canceroase, care in schimb declanseaza apoptoza (moartea programata a celule). Alti compusi antitumorali care au ca atom central atomul de platina sunt carboplatin si oxaliplatin, care actioneaza avand la baza un mecanism asemanator.

Dezavantajul utilizarii platinei in terapia cancerului este datorat reactiilor adverse (nefrotoxicitate, ototoxicitate, neurotoxicitate, suprimarea maduvei spinarii hematopoietice) manifestate de acest metal ca urmare a activitatii sale si asupra celulelor sanatoase din organism.

Cu un comportament asemanator platinei este si argintul, a carei activitate anticanceroasa a fost demonstrata de-a lungul timpului si care este mult mai putin toxic pentru celulele sanatoase comparativ cu platina. Intr-un studiu recent desfasurat, Charlotte Willans si colegii sai de la Universitatea Leeds din Marea Britanie au utilizat complecsi ai argintului cu diferiti liganzi de tip carbena pentru a determina cat de eficient ar putea fi un astfel de compus in raport cu cisplatin.

Diferite concentratii ale combinatiilor complexe cu argint au fost puse apoi in contact cu culturi de celule tumorale de la nivelul sanului si colonului timp de 6 zile. Acesti complecsi s-au dovedit ulterior la fel de eficienti ca si cisplatin in a ataca ambele tipuri de celulele canceroase, iar combinatiile complexe cu 2 sau mai multe grupari chimice (liganzi polidentati) capabile sa lege atomul de argint s-au dovedit mai eficiente decat liganzii monodentati, probabil datorita stabilitatii lor superioare, ce se transpune in metabolizare mai lenta, deci concentratii terapeutic active pentru mai mult timp.

S-a constatat c un numr mare de mbolnviri sunt asociate cu modificri ale concentraiei ionilor metalici din esuturi sau fluide. Concentraiile normale sunt meninute printr-un sistem complex de control.

Rolul metalelor n organism poate fi considerat din punct de vedere al surplusului (intoxicaii) , perturbri n sistemele de control (perturbri metabolice), insuficiene (mbolnviri, uneori cu caracter genetic).

Influenarea sistemelor de control a ionilor metalici conduce la mbolnviri, uneori ireversibile din necunoaterea cauzei.

Combinaiile complexe au un rol determinant i n activitatea medicamentoas. In general, medicamentele stabilesc interaciuni la nivelul celulei.

Domeniul chimioterapiei cancerului a evoluat mul n ultimii ani, un numr mare de noi substane naturale sau de sintez fiind testate n acest scop.

Substanele medicamentoase eficace n neoplasmele umane i experimentale au, n general proprieti chelatoare sau sunt uor metabolizate cu compui cu astfel de propriet. Multe dintre ele interacioneaz cu acizii nucleici, inhibnd sinteza ADN, ceea ce explic modul lor general de aciune.

In scopul clinic, au fost utilizai antimetaboliii, agenii alchilani, unii produi naturali (alcaloizi sau antibiotice) i hormoni steroizi.

Antimetaboliii prezint o structur asemntoare cu diferii metabolii normali cu care intr n competiie. Cei mai importani antimetabolii sunt cei analogi acidului folic, bazelor purinice, bazelor pirimidinice

Agenii alchilani, azotiperitele, etileniminele i derivaii entersulfonici sunt substane donoare de grupri alchil reactive , cu care blocheaz grupri biologic active ale proteinelor i nucleoproteinelor eseniale metabolismului normal al celulelor.

Hormonii estrogeni, androgeni i steroizii corticosuprarenali sunt eficace fa de esuturile a cror cretere este anormal sub control hormonal.

Substanele anticancerigene ca agenii de chelare manifest de obicei o afinitate superioar fa de unele metale cancerigene (anormale) existente n organism. Deoarece selectivitatea este redus, ele pot inactiva i unele enzime necesare creterii rapide sau anormale a celulelor.

Utiliznd 6 mercaptopurina ca ligand a unor ioni metalici mai ales a Pt(II) i Pt(IV) au fost sintetizate combinaii complexe cu aciune citostatic. Se presupune c, n urma aciunii lor asupra virusurilor, se elibereaz ligandul biologic activ, care inhib n continuare creterea celulelor.

Implicarea compuilor de coordinaie n aceste fenomene are drept justificare faptul c diferite pri ale virusurilor reprezint ageni de chelare, care pot nlocui liganzii n compuii de coordinare. Chiar o alterare minor de acest gen, va conduce aproape sigur la reducerea sau la eliminarea patogenitii virale.

O alternativ este introducerea unui ion metalic n vecintatea virusului astfel nct s poat avea loc complexarea.

O alt cale este utilizarea liganzilor care posed o activitate antitumoral.

In ceea ce privete explicarea aciunii antitumorale dup formarea ligandului, ar avea loc dezactivarea ionilor metalelor cu aciune cancerigen sau a enzimelor necesare creterii rapide att a celulelor sntoase ct i a celor maligne.

Configuraia spaial a ligandului cu aciune anticancerigen constituie un factor important n ceea ce privete aciunea sa farmacologic.

2. Combinaii coordinative cu activitate antitumoral

Activitatea antitumoral a combinaiilor coordinatice ale Pt(II) pare a fi limitat la cele de tipul [PtA2X2], neutru din punct de vedere electric caracteristic izomerilor cis.

Combinaiile coordinative ale Pt(II) cu sarcin electric sunt incative, chiar dac liganzii sunt uor schimbabili.

Activitatea antitumoral a complecilor Pt(II) , de tipul [PtA2X2] depinde de natura liganzilor. Cele mai bune rezultate au fost obinute cu Cl- i Br-, liganzi anionici monodentai cu capacitate de schimb intermediar i cu anionii oxalat, malonat, liganzi carboxilai bidentai. n ceea ce privete natura anionilor cu molecule de amoniac i de diamine ciclice saturate n ceea ce privete pe cea a aminelor.

Prin urmare, cis-diclorodiaminoplatina (II), cis [Pt(NH3)2Cl2] cuoscut i sub denumirea de Sarea lui Peyrone, introdus n terapeutic de ctre Rosenberg i Van Camp prezint cea mai ridicat activitate antitumoral.

Din 1978, cis platinul ca preparat unic sau combinat cu alte citostatice (vinblastinul, bloemicina, adriamicina, ciclofosfamid) a fost folosit n tratamentul carcinoamenlor ovariene, pulmonare, ale vezicii i zona cap-gt.

Cele mai frecvente efecte seundare ce apar n terapia cu cis-platin sunt afectarea zonei gastrointestinale (apariia de greuri i stri de vom) i a rinichilor, datorit inhibrii enzimatice prin coordinarea platinei la gruprile sulfhidrice ale proteinelor. De aceea, se recomand administrarea unor combinaii cu sulf ca N-etilditiocarbamatul de sodiu, tiouree i chiar diuretice ce mpiedic legarea platinei la atomii de sulf ai proteinelor.

Odat descoperit un medicament cu proprieti terapeutice benefice pentru o anumit boal cercettorii caut s-i mbunteasc mereu performanele. Acest lucru este posibil prin sinteza i studiul compuilor analogi (medicamentelor de a doua generaie).

Analogii, pot fi capabili s mbunteasc eficacitatea medicamentului de referin datorit faptului c o concentraie mai mic de medicament poate produce acelai efect. Pe de alt parte, proprietile toxicologice ale medicamentului pot fi mult mbuntite. Deci analogii pot avea efecte toxice secundare mai puine dect produsul de baz.

In al doilea rnd, medicamentele de generaia a doua pot fi utilizai n tratamentul cazurilor n care s-a manifestat o rezisten la medicamentul original.

In funcie de profilul toxicologic i eficacitatea acestor medicamente de generaia a doua se pot obine prin studiu i sintez analogi ai acestor tip de medicamente. Acest din urm analog poart denumirea de medicament de generaia a treia.

Au fost sintetizai muli analogi ai cis platinului, unii produc aceleai efecte terapeutice ca i cis paltinul dar sunt necesare cantitai mult mai mici i prezint efecte secundare mai mici.

Trei dintre aceti analogi sunt craboplatinul, spiroplatinul i iproplatinul a cror structur este indicat mai jos.

Carboplatinul s-a dovedit a fi cel mai eficace dintre aceti trei analogi i a fost aprobat pentru a fi folosit n tratamentul cancerului ovarian.

Carboplatinul i cis platinul formeaza un un aduct identic cu DNA-ul i are prezint activiti similare mpotriva tumorilor ovariene, pulmonare. Carboplatinul este mai puin toxic pentru sistemul nervos periferic i pentru rinichi. Toxicitatea sczut se datoreaz structurii carboplatinului. Prezena ligandului dicarboxilat bidentat indicat mai jos, conduce la ncetinirea degradrii carboplatinului n derivai greu metabolizabili.

Intr-adevr, timpul de njumtite a carboplatinului la 37C n plasma sanguin este de 30 ore pe cnd a cisplatinului este 1,5-3,6 ore. Toxicitatea sczut a carboplatinului i activitatea acestuia asupra unor tumori rezistente la aciunea cisplatinului au condus la utilizarea carboplatinului.

Alturi de carboplatin i ali analogi de generaia a doua, s-au sintetizat medicamente de a treia generaie. Aceti compui au structura indicat mai jos iar cea mai mare realizare a acestor compui fa de cisplatin a fost c aceti analogi pot fi administrai oral, n comparaie cu cis platinul care este administrat intravenos.

Aceti compleci sunt suficient de stabili pentru trece prin tractul digestiv. Ei traverseaz mucoasa gastrointestinal i trec n circuitul sanguin. Dup absorbia sanguina aceti compui sunt metabolizai pentru a forma analogi Pt(II) tetracoordinai ai cisplatinului. Aceste combinaii complexe reprezint forma activ a medicamentului.

Au mai fost testai analogi compleci hexacoordiani ai Pt(IV) folosind ase linii celulare de cancer ovarian uman. Cercettorii au descoperit c pe msur ce mrimea restului R din ligand crete, cu att complecii devin mai eficieni n distrugerea celulelor canceroase.

Cercettorii consider c aceste medicamente de a treia generaie sunt mult mai eficace dect cis platinul pentur c acetia se acumuleaz n celul n concentraii mai mari dect cis-platinul.

3. Compleci ai Pt(II)

Proprietile unui medicament depind de structura ntregii molecule sau a unei anumite pri capabil s se combine cu un centru receptor.

Din figura de mai sus, putem s stabilim o serie de corelaii structur reactivitate:

-combinaiile octaedrice ale Pt(IV) prezint activitate citostatic mai redus dect cele plan ptrate ale Pt(II), se presupune c speciile ce conin Pt(IV) sunt reduse in vivo la derivai ai Pt(II).

-activitatea citostatic a fost pus n eviden numai la combinaiile cu configuraie cis, izomerii trans aprnd ca inactivi.

-complexul trebuie s conin dou grupri nelabile sub form de doi liganzi monodentai sau un ligand bidentat

-ligandul clor se comport ca un membru activ pe cnd legturile amin-platin sunt foarte stabile i inerte la atacul nucleofilc

-liganzii amin ca grupri nelabile trebuie s conin o jonciune N-H i prin acesta , posibilitatea de a forma puni de hidrogen

-speciile neutre nu au dat dovad de activitate antitumoral, chiar dac s-a respectat criteriul de labilitate. Acest fapt este adesea corelat i cu transportul prin membranele celulare i cu imposibilitatea de a atinge concentraiile dorite.4. Distribuia celular a cis platinului

Cis platinul este administrat intravenos sub form de soluie NaCl 0.9% steril. Odat ajuns n circulaia sanguin, el rmne intact datorit concentraiei relativ crescute de ioni de Cl-(~100mM). Compusul neutru intr apoi n celul att prin difuzie pasiv ct i prin distribuie celular. In celul, molecula neutr de cis platin sufer un proces de hidroliz n care ligandul Cl este nlocuit cu o molecul de ap genernd specii cu sarcin pozitiv.

Hidroliza decurge n interiorul celulei la concentraii mult mai mici ale ionului clorur (3-20 mM) i deci la concentraii mai mari de ap.

In interiorul celulei:[PtII(NH3)2Cl2] + H2O -> [ PtII(NH3)2Cl(H2O)]+ + Cl-[PtII(NH3)2Cl(H2O)]+ + H2O -> [PtII(NH3)2(H2O)2]2+

Odat intrat n celul cis platinul are mai multe inte poteniale: ADN,ARN, enzimele care conin sulf ca de exemplu metalotioneina sau glutationul; i mitocondria.

Efectele ADN n mitocondrie nu sunt nc bine elucidate, dar este posibil ca efectele asupra ADN mitocondrial ale cis platinului s conduc la moartea celular.

Interaciunea cis platinului cu enzimele care conin sulf este mai bine neles. Se consider c aceste enzime sunt implicate n rezistena celular la cis platin.

Efectele cis platinului asupra ARN i ADN au fost studiate pe larg.

4.1. Interaciile cis platinului cu ARN

Dei cis platinul poate forma un compus coordinativ cu ARN, nu se consider c aceast interacie joac un rol important n mecanismul de aciune in organism al cis platinului din dou motive.

Primul, o singur molecula de ARN afectat poate fi rapid nlocuit de una nou sintetizat; studiile au indicat c cis platinul nu afecteaz sinteza ARN (dar afecteaz sinteza ADN).

In al doilea rnd, administrarea in vitro a cis platinului n doze letale unor celule tumorale a condus la concluzia c numai o mic fraciune (1 pn la 10%) din moleculele de ARN au fost afectate.

4.2. Interacia cis platinului cu ADN

Cis platinul formeaz combinaii coordinatice cu ADN n principal prin intermediul anumitor atomi de azot din perechile de baz ale ADN. Aceti atomi de azot (n special atomul N7 a purinelor) sunt liberi s se coordineze cu cis platinul pentru c ei nu particip la formarea legturilor de hidrogen cu alte baze ale moleculelor de ADN.

Se pot forma multe tipuri de aduci sau combinaii complexe cis platin-ADN. Cele mai importante dintre acestea, par s fie cele n care 2 liganzi Cl ai cis platinului sunt nlocuii de atomi de azot purinici din baze adiacente ale aceleiai catene de ADN.

Bazele purinice implicate n mod normal n formarea acestor aduci sunt guaninele. S-au evideniat ns i aduci care implica o molecul de G i una de A. (a) structura cisplatinului coordinat la o molecul de dinuclotid ce conine dou G. In mod normal, cele 2 G ar trebui s fie paralele.

(b) Structura cisplatinului coordinat n interiorul unui duplex de ADN

innd seama de geometria sa, trans-DDP nu poate forma aduci 1,2 intracatenari. De aici reiese i caracterul inactiv n eliminarea celulelor canceroase. Se consider c tocmai formarea acestor coordinri 1,2 intracatenare sunt importante pentru activitatea anticanceroas a cis platinului.

Am evideniat modul de legare al cis platinului la ADN s observm acum cum acesta conduce la moartea celular programat (apoptoz). Cercettorii au observat c legarea cisplatinului la ADN afecteaz att replicarea ct i transcripia ADN, precum i mecanismele de repararea a ADN.

Au fost studiate efectele cis platinului ct i ale trans-platinului asupra replicrii ADN att n vitro (folosind extracte celulare din organismul gazd) ct i in vivo (in organismul gazd).

Studiile in vitro efectuate asupra celulelor procariote ct i asupra eukariotelor au evideniat c att cis platinul ct i transplatinul acioneaz asupra ADN polimerazei (enzim implicat n procesul de replicare).

In mod particular, aducii 1,2 intracatenari ai cisplatinului cu ADN au stopat funciile nu numai a ADN polimerazei ci a tuturor polimerazelor. In mod identic, studiile in vivo au evideniat c cis DDP ct i transDDP inhib replicarea n egal msur- Alte studii au artat ns c cis-DDP este un agent antitumoral efectiv, pe cnd trans-DDP nu. Aceste rezultate sugereaz c replicarea ADN nu este singurul factor important pentru activitatea clinic a cis-DDP n distrugerea celulelor tumorale.

Efectele cis-DDP i trans-DDP sunt mult mai greu de interpretat dect efectele asupra replicrii. Oricum, cis-DDP nu pare s inhibe transcripia, n acest fel conducnd probabil ctre apoptoz.

4.3. Cis platinul i repararea ADN

Activitatea citotoxic a cisplatinului poate proveni din imposibilitatea celulei de a repara moleculele de ADN afectate. Intr-adevr studiile in vitro asupra extractelor celulare au evideniat c cei mai ntlnii aduci cisplatin-ADN (aducii 1,2 intracatenari) nu sunt eliminai prin reparare. Acest proces ar trebui s aib loc prin intermediul sistemului de reparare prin excizie.

Este oarecum periculos s tragem prea multe concluzii din aceste studii datorit faptului c n organism pot apare procese de reparare care nu sunt evideniate n studiile efectuate pe culturile celulare.

4.4. Interaciunea proteinelor celulare cu Cisplatin-ADN

Cercettorii au coordonat mai multe studii pentru a observa dac activitatea citotoxic a cisplatinului poate rezulta dintr-o cdere a sistemului de reparare prin excizie.

In acest sistem de reparare, nainte ca poriunea din catena de ADN defect s fie excizat, este necesar ca aceasta trebuie s fie recunoscut de ctre celul-

Celula detecteaz catena de ADN defect prin aciunea proteinelor de recunoatere. Deci ca un prim pas n studierea sistemului de reparare prin excizie cercettorii au urmrit evidenierea proteinelor ataate aducilor cisplatin-ADN.

Exist mai multe metode de difereniere a ADN legat de protein sau a ADN liber. Cercettorii au folosit aceste metode pentru a izola proteinele care se leag tocmai de aceti aduci. Aceste proteine conin toate o poriune comun (care prezint secvene de aminoacizi similare sau chiar identice) numit grup cu mobilitate crescut (HMG). Proteinele din aceast clas se numesc proteine cu domeniu-HMG. Metodele de mai sus au artat c aceste proteine leag aducii cisplatin-ADN in vitro.

Complexul ternar care conine cisplatinul, ADN i proteina HMG. Gruparea fenil care este constituent al proteinei HMG este inserat ntr-un gol creat de formarea complexului ADN platinat.

Determinrile in vivo au evideniat c proteinele cu domenii HMG sunt importante pentru activitatea cis platinului. In absena genei care codifica pentru aceste proteine HMG celulele devin mai puin sensibile la cis platin dect celulele posed aceast gen nsemnnd c cis platinul este mai neeficace n uciderea acestor celule.

Aceste rezultate sugereaz c proteinele HMG joac un rol important n activitatea citotoxic.

Exist dou teorii care explic rolul proteinelor HMG in activitatea cisplatinului. Multe din aceste proteine sunt factori de transcripie, deci ei sunt necesari pentru sinteza ARN din catena ADN.

O teorie spune c, dac factorii de trancripie ce conin regiun HGM se leag preferenial la aducii cisplatin-ADN, atunci acetia pot dezordona ntregul mecanism de transcripie.

A doua teorie sugereaz c proteinele HMG se leag la aduci- Aducii nu mai pot fi recunoscui pentru reparare. In acest caz, repararea ADN ului este incetinit.

Deci, aductul cisplatinum-ADN este mai persistent dect ar fi n absena proteinelor HMG, iar repararea este mul ncetinit.

Aceste procese interfer cu funciile celulare normale (printre ele replicarea i transcripia) i devin cauza morii celulare.

In afar de activitatea antitumoral, cis platinul a dovedit a fi un bunt agent antiviral. S-a presupus c virusurile sunt singurii ageni care transform celulele normale n celule tumorale, dar totodat s-a constatat c particulele virale sunt rareori regsite n celulele tumorilor, ceea ce ar conduce la concluzia c transformarea are loc dup infecia viral prin imprimarea caracterului viral celulor normale.

Incercnd o mutaie la celulele mamiferelor, putem presupune c leziunile primare ale ADN provocate de complecii platinici acioneaz elibernd genomul viral. Aceasta duce la multiplicarea activ a particulelor virale care pot sau nu avea defecte.

Modificarea survine n sistemul imunologic care va fi stimulat s produc anticorpi mpotriva celulelor tumorale.

S-ar putea ca prin eliminarea genomului viral i a particulelor virale fr distrugerea celulelor care le-au coninut celulele s revin la starea normal; aceste presupuneri sunt posibile dar insuficient studiate.

In prezent, direciile de cercetare urmresc obinerea de compleci cu activitate anticancer performant pe baza parametrilor fizici, chimici i structurali.Bibliografie

1. Marinescu Dananote de curs Master Enzimologie Aplicat Fac. Chimie UB2002

2.Iordchescu DanaAcizi Nucleici Editura UB2001

3. Mihescu GrigoreMicrobiologie general i virologieEditura UB2000

4. Palamaru M.N, Iordan A. R., Cecal Alex.Chimie bionaorganic i metalele vieiiEditura BIT1997

5. Grecu I, Neamu M, Enescu LImplicaii biologice i medicale ale chimiei anorganiceEditura Junimea1982

6. Strjescu Mihai, Teodor FeliciaElemente de chimie bioanorganicEditura Dacia1979

PAGE