Namn: Saja Hasan Kurs: Biologiskt aktiva naturprodukter, 7.5 hp. Uppsala Universitet, VT-11

Transkript

1 Namn: Saja Hasan Kurs: Biologiskt aktiva naturprodukter, 7.5 hp Termin: termin 8 Avdelning för Farmakognosi Uppsala Universitet, VT-11 Papaverin - en alkaloid för behandling av cerebral vasospasm 1

2 Innehållsförteckning 1. Varför startade projektet? 2. Introduktion 3. Biosyntes 4. Extraktion från pericarpium papaveris 5. Klinisk effekt och användning 6. Referenslista 1. Varför startade projektet? Detta arbete syftar på att samla in samt sammanställa kunskap om naturprodukten papaverin. Arbetet görs på anmodan av kursansvariga för kursen biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling, 7.5 hp, Uppsala universitet. Kunskapsinhämtningen har skett med hjälp av vetenskapliga databaser, framförallt pubmed, och däri erkända vetenskapliga tidskrifter. Arbetet har 2

3 dessutom inneburit träning i skrivandet av vetenskaplig text. 2. Introduktion Pericarpium papaveris är en traditionell kinesisk ört som har använts genom tiderna för att bota bl.a kronisk hosta och kramper. Ur växten kan papaverin, men även morfin och kodein, utvinnas (Feng Liu, 2007). Papaverin skiljer sig strukturmässigt från morfin och kodein, men tillsammans ingår dessa alkaloider i gruppen benzylisoquinoliner (Meinhart H. Zenk, 2010). Papaverinmolekylen består av tre aromatringar, varav en innehåller en ometylerad N-atom. Däremot sitter det fyra stycken O-metylerade grupper (två av dessa finns överst till vänster och de resterande två nederst till höger ) på hydroxyl grupperna (Meinhart H. Zenk, 2010). Verkningsmekanism in vivo Papaverins verkningsmekanism in vivo är idag oklar, men substansen anses vara en inhibitor av det intracellulära enzymet fosfodiesteras (PDE) (Clive P. Page, 2006). Genom att inhibera PDE ökar nivåerna av de sekundära messengers, camp och cgmp. Dessa sekundära messengers är involverade i regleringen av flera processer i cellen. (Zhude Tu, 2010). Att blockera PDE-enzymet innebär rent fysiologiskt att papaverin åstadkommer en relaxering av den glatta muskulaturen. (Feng Liu, 2010). Historiskt, användes papaverin för behandling av impotens hos män. Det visade sig dock att papaverin var en oselektiv inhibitor av PDE-5 och därför inte tillräckligt effektiv. Sildenafil, en selektiv PDE-5-enzym blockerare, 3

4 utvecklades senare för behandling av erektil dysfunktion (Clive P. Page, 2006) Vilken PDE-enzym subtyp är papaverin selektiv då mot? Det finns totalt 11 PDE-enzymsubtyper. Papaverin visade sig vara en selektiv inhibitor av PDE- 10A- subtypen. PDE-10A finns framförallt i hjärnan och i testiklar. Dessa resultat kan möjliggöra behandling av psykos och schizofreni (Christopher J. Schmidt, 2006 & 2010). 3. Biosyntes Papaverin bildas enligt nedanstående biosyntesväg: 4

5 Denna biosyntesväg kunde kartläggas genom att kombinera masspektrometri med isotop-märkta potentiella prekursorer. Till sin hjälp hade man även en opievallmo som kunde producera papaverin. Med hjälp av papaverin kunde man här spåra intermediärer (Meinhart H. Zenk, 2010). För att definiera var aromatringerna i denna alkaloid kommer ifrån, lades (S)- norcoclaurine i opievallmo. Resultaten indikerade att (S)-norcoclaurine finns i båda tebain, som för övrigt utgör den huvudsakliga metabola vägen, och papaverine. Näst inkorporerades (S)-reticuline. Denna prekursor är viktig för bildandet av flera benzylisoquinoliner som morfin och kodein. Men skillnaden mellan dessa nämnda alkaloider och papaverin är att papaverin inte innehåller någon N- metyl. Därför, för att kunna gå från (S)-reticuline till papaverin krävs det att N- metylgruppen i (S)-reticuline försvinner. Detta föregås dock av metylering av (S)-reticuline. Först metyleras molekylen i position 7 och (S)-laudanin bildas, sedan inträffar en till metylering i position 3 och (S)-laudanosin bildas. Metylering sker med hjälp av ett rekombinant SAMberoende enzym som förekommer i opievallmo. (S)-laudanosin genomgår demetylering i position 2 för att bilda (S)- tetrahydropapaverin. Den sistnämnda substansen förlorar två väteatomer och (S)-1,2-5

6 dihydropapaverin bildas. Två dubbelbindning uppstår mellan C1 och N respektive mellan C3 och C4. Till sut, har papaverin bildats färdigt (Meinhart H. Zenk, 2010). 4. Extraktion av papaverin från pericarpium papaveris Det används olika metoder att separera papaverin från pericarpium papaveris, t.ex gaskromatografi, high-performance vätskekromatografi, thin-layer kromtografi och kapillär elektrofores. Innan separations processen kan starta måste provet förbehandlas för att undvika interferenser med matrix. De organiska lösningsmedlen som används i förbehandlingsmetoderna, Soxhlet extraktion, vätske-vätske extraktion och solid fas extraktion, är inte miljövänliga. Därför har det på senare år utvecklats en alternativmetod att förbehandla med, nämligen Aqueous two-phase system (ATPS). Aqueous two-phase systemet utgörs av en vattenlöslig polymer (PEG) och ett salt. Ett fasdiagram, d.v.s de förhållanden där PEG-salt-vatten faserna jämviktas, förbereds med hjälp av grumlingspunkt metoden. Saltet (NH4)2SO4 tillsätts droppvis till PEG-lösningen tills en grumlig lösning erhålls. En grumlig lösning innebär i det här fallet att ett två-fas system har bildats. När vatten tillsätts får man en klar en-fas lösning och den grumliga lösningen återfås när salt tillsätts igen. Ju högre molekylvikt PEG har, desto lägre saltkoncentration krävs för fasseparation. Detta förklaras av de elektrostatiska krafterna som uppstår mellan PEG och saltjonerna. PEG-polymerens höga molekylvikt gör att det krävs mindre antal vattenregioner för sammansmältning av makromolekylena. Detta resulterar i mindre löslighet av polymer-salt mediumet, vilket i sin tur leder till bildandet av två faser. Pericarpium papaveris krossas och får refluxera i HCl-lösning i en timme, därefter kyls den ner och filtreras. Filtratet justeras till ett neutralt ph med hjälp av NaOH-lösning. Det färdiga provet, tillsammans med det förberedda ATPS, centrifugeras i 20 minuter. Till slut bestäms mängden papaverin genom HPLC. Centrifugerings tiden som behövs för att uppnå maximal extraktions effektivitet är längre för PEG-polymerer med höga molekylvikter. Höga molekylvikter medför ökad viskositet i systemet och därför krävs längre centrifugerings tid. Extraktions graden kan optimeras genom andra faktorer, såsom höga koncentrationer av PEG och (NH4)2SO4. Extraktions graden är dock konstant inom koncentrations intervallet 2-14mikrog/mL för papaverin. Fördelarna med ATPS är att den är enkel, billig, effektiv, miljövänlig, och dessutom selektiv för extraktion av papaverin från pericarpium papaveris. Hydrofoba interaktioner mellan papaverin och PEG-polymererna i ATPS är drivkraften för utvinnandet av substansen. 5. Klinisk effekt och användning Kort och enkelt kan det konstateras att papaverin används för behandling av 6

7 olika spasmtillstånd. Den verkar genom att inhibera kontraktion av glatt muskulatur (Yi-xue Xue, 2010) En av huvudindikationerna för papaverin är cerebral vasospasm. Oftast orsakas cerebral vasospasm av aneurysmala blödningar i det subaraknoida området i hjärnan. Genom att behandla cerebral vasospasm kan stroke följt av död förhindras. Papaverin gör så att det cerebrala blodflödet ökar (James K. Liu, 2004). Det cerebrala blodflödet ökar genom att papaverin dilaterar tre viktiga cerebrala artärer, nämligen de proximala, intermediära samt distala artärerna. Dessutom så åstadkommer papaverin ökad syresättning och bättre cirkulations tid. Dessa effekter av papaverin är dock endast tillfälliga då substansen administreras genom infusion i form av singel dos. Man lyckas alltså inte bibehålla effekterna av papaverin. En studie visat att multipla infusioner av papaverin är lika effektiv som en singel dos (James K. Liu, 2004). Biverknings rapporter har vittnat om infarkter i åderhinnan i ögat till följd av papaverin infusioner ( Dr Reddy, 2009). Left internal thoracic artery, LITA, är en standard artär som används vid bypass-operationer. I den artären är det vanligt med postoperativa spasmer som försämrar blodflödet till hjärtat och som eventuellt kan leda till död. Dessa artäriella spasmer kan behandlas med papaverin. Papaverin administreras i det här fallet båda topikalt och intaluminalt och nackdelen med det är att papaverin lösningen har ett lågt och surt ph. Detta kan ibland skada endoteliet (Francesco formica, 2006). Upptäckten av papaverin som en selektiv inhibitor av PDE-10Aenzymsubtypen har banat väg för behandlingen av några psykologiska sjukdom, såsom psykos och schizofreni. Detta skulle kunna vara möjligt då PDE-10A framförallt finns i hjärnan (Christopher J. Schmidt, 2006 & 2010). En viktig klinisk användning av papaverin är potentiering av antitumör läkemedel. Blod-hjärn-tumör barriären (BTB) kan försvåra genomsläppligheten av läkemedel till tumörvävnaden och därmed hindra läkemedlen att nå tumören. En ny studie har visat att papaverin kan tillfälligt öppna upp BTB. Öppnandet och stängandet av BTB regleras med hjälp av uttrycket av occludin, clauding 5 och F-actin. Uttrycket av dessa proteiner nedregleras när papaverin nivån är som högst i BTB, det vill säga efter 1 timma. Därefter börjar papaverin nivån sjunka successivt samtidigt som nivåerna av occludin, clauding 5 samt F-actin början stiga. BTB stänger och är återigen opermeabel för läkemedel och andra ämnen ( Yi-xue Xue, 2010). 7

8 6. Referenser 1) Phosphodiesterase inhibitors, Victoria Boswell-Smith, Clive P. Page (British Journal of Pharmacology, , S252-S257) 2) Extraction and determination of papaverin in pericapium papaveris using aqueous two-phase system of poly(ethylene glycol)-(nh4)2so4 coupled with high-performance liquid chromatography, Qing Cao, Shehong Li, Feng liu (Elsevier, 2007) 3) The biosynthesis of papaverine proceeds visa (S)-reticuline, Xu Han, Meinhart H. Zenk (Phytochemistry, 2010) 4) Effects of Papaverine and Glycerilnitrate-Verapamil Solution as Topical and Intraluminal vasodilators for Internal Thoracic Artery, Francesco Formica, Giovanni Paolini (Elsevier, 2006) 5) The modulation of protein kinase A and heat shock protein 70 is involved in the reversible increase of blood-brain tumor barrier permeability induced by papaverine, Yi-xue Xue, Zhen -hua Wang (Brain Research Bulletin, 2010) 6) Intracisternal Irrigation of Papaverine Leading to Choroidal Infarction, Dr Reddy, department of Ophthalmology, New York University hospital, (Arch ophthalmol, 2009) 8

9 7) Efficacy of multiple intraarterial papaverine infusions for improvement in cerebral circulation time in patients with recurrent cerebral vasospasm, Jamesh. LIU, M.D., Michaeks. Tener, M.D, Couldwell ( J Neurosurg 100: , 2004) 9