PODOFYLLOTOXIN Riikka Sippola Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedels utveckling VT

Transkript

1 PDFYLLTXIN Riikka Sippola Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedels utveckling VT

2 Innehållsförteckning: 1. Inledning istorisk bakgrund ur och varför projektet startade Metod för extraktion och isolering Biologisk aktivitet Struktur Verkningsmekanism... 5 Podofyllotoxin Läkemedelsutveckling Vattenextraktion Totalsyntes Semisyntetiska derivat av podofyllotoxin Klinisk effekt och användning Mot genitala vårtor Som anticancer läkemedel Andra användningar Diskussion Referenslista

3 1. Inledning Podofyllotoxin är ett läkemedel som har virushämmande effekter och också verkan som cytostaticum och antireumaticum. Det har använts bland annat som laxativ och maskmedel i hundratals år. Det finns två olika Podophyllium- växtsläkte: Podophyllum peltatum som kallas också Amerikanskt majäpple och Podophyllum emodi, indisk podofyllium. Figur 1. Podophyllum peltatum Figur 2. Podophyllum hexandrum (Synonym: P. emodi), (Garg, 2005) Podophyllum peltatum är en ört som växer i östra delen av USA och Kanada. Växten har en jordstam som kan bli upp till en meter lång. Tidigare användes ett extrakt av roten som medicinen. Podophyllum emodi växer främst i imalayas bergstrakter. Podofyllin, som är en kåda som innehåller podofyllotoxin och alkaloider, framställt från denna art innehåller upp till 40 % podofyllotoxin. Således används just P. Emodi idag för renframställning av podofyllotoxin för läkemedelstillverkning. (Tunón, 2007) Modern forskning har visat att podofyllotoxin inte bara har effekter mot cancer. Podofyllotoxin är också användbar mot genitala vårtor och vissa andra virussjukdomar. Man har i kliniska test visat att podofyllotoxin eller strukturellt likartade föreningar har en positiv effekt på andra sjukdomar, som psoriasis, ledgångsreumatism, Alzheimers och malaria. (Tunón, 2007) 2. istorisk bakgrund Ett vattenextrakt av den torkade roten från P. emodi har länge använts som avföringsmedel i imalaya-regionen (Bohlin och Rósen,1996). Extrakt av örten användes också i Kina som medel mot tumörer för redan mer än 2000 år sedan och råextrakt användes även som behandling vid ormbett, tandinfektioner, hudåkommor, hosta och masksjukdomar. (Svensson, 2007) Podophyllum peltatum är ursprungligt en perenn växt av Nordamerika. Infödingarna i Nordamerika har använt roten om P. peltatum både som medicin och som gift. Det har också använts som avföringsmedel och kräkmedel under många århundraden. 3

4 Cherokeeindianerna utnyttjade också växten mot dövhet och som anthelminticum och tidiga kolonisatörer i Nordamerika lärde er om podofyllums roten medicinska egenskaper från infödinga indianstammarna. (Bohlin och Rósen, 1996) 2. ur och varför projektet startade Extrakt av P. peltatum återfanns redan i den första amerikanske farmakopen, US Pharmacopoeia, som har publicerades 1820, där det stod med ända till 1942 års upplaga. Därigenom har podofyllin också inkluderats i andra farmakopéer. Under det sista århundradet har man försökt att använda podofyllin mot många sjukdomar som mot gikt, tuberkulos, gonorré, syfilis, menstruationsbesvär, hosta, psoriasis, venerisk vårtor och tumör. (Bohlin och Rósen, 1996) I dag finns det podofyllotoxin bara i medicinpreparat mot genitala vårtor, men folkmedicinska användningar av olika podofyllinformer har lett till läkemedels utvecklingsprocesser till moderna läkemedel. Epidofyllotoxiner etoposid och teniposid används världsomfattande som ett antineoplastiskt medel. De har utvecklats av Sandoz och senare lanserats till marknaden av Bristol-Myers Squibb. (Bohlin och Rósen, 1996) Nuförtiden finns det medicinpreparat mot genitala vårtor av två olika fabrikanter: Condyline (Galderma) och Wartec (Stiefel Laboratories). Etoposide finns det som antineoplastiskt medlet av 6 olika fabrikanter: Eposin (Teva), Etoposid Meda, Etoposid ratiopharm, Vepesid (Bristol-Myers Squibb), Vepesid (rifarm), Vepesid (Paranova) och Etopofos (Bristol-Myers Squibb). (FASS, 2007) 3. Metod för extraktion och isolering Det främsta kommersiella källan av podofyllotoxin är Podophyllum emodi, som växer i imalayas bergstakter. Rotstocken av P. emodi innehåller % podofyllin och i podofyllin finns podofyllotoxin som dominant komponent (ca.40 %). P. peltatum, som har sitt ursprung i Nordamerika, har 3-5 % podofyllin i sin rotstock och i podofyllin finns podofyllotoxin som huvudkomponent (ca. 20 %). (Kartal et al., 2004) Podofyllin från P. peltatum innehåller också α- och β-peltatiner vilken har laxerande effekter (Tunón, 2007). Eftersom P. emodi innehåller mer podofyllotoxin, samlades den i stora kvantiter; idag har arten således blivit en hotad art (Kartal et al., 2004). Därför har man försökt att utveckla effektivare metoder att isolera podofyllotoxin från P. peltatum och att finna nya källor att producera podofyllotoxin (till exempel från Linum arter). (Canel et al.,2001; Kartal et al., 2004) Att producera podofyllotoxin kommersiellt, innefattar rening från etanolextrakt av torkade rötter och rotstockar av P. emodi (Kartal et al.,2004). Etanolextraktet framställs genom att roten extraheras med alkohol. Sedan koncentreras extraktet och man tillsätter utspädd saltsyra. Då bildas en fällning som tvättas, torkas och sedan mals till ett pulver. (Tunón, 2007) 4

5 4. Biologisk aktivitet 4.1. Struktur Figur 3. Podofyllotoxin 4.2. Verkningsmekanism Podofyllotoxin Verkningmekanism av podofyllotoxin är en klassisk hämning av celldelningen i metafasen. ämningen beror på att podofyllotoxinet binder till tubulin, ett protein som bygger upp mikrotubuli i cytoplasma och mitosspole. Vid bindningen förändras tubulinet som då hämmar bildningen av mikrotubuli. Vid högre koncentrationer hämmar podofyllotoxin också till viss del DNA-syntesen på grund av nedsatt intracellulär nukleosidtransport. (Fass, 2007) Terapeutisk effekt av podofyllotoxin vid kondylom är associerad med nekros av epidermala celler och viss skada av den övre delen av dermis. Den kemoterapeutiska effekten av podofyllotoxin antas bero på en hämning av de virusinfekterade cellernas tillväxt och invasionsförmåga i frisk vävnad. (Fass, 2007) Etoposid och teniposid Etoposid är ett semisyntetiskt derivat av podofyllotoxin med signifikant cytostatiskt aktivitet som är beroende av doseringsschema. Etoposid påverkar funktionen av topoisomeras II (DNA-öppnande enzym) vilket resulterar i DNA-skador som leder till induktion av apoptos och celldöd. Celldöd uppstår i förhållande till koncentrationen av etoposid och tiden för exponering. (Fass, 2007) Både etoposid och teniposid blockerar cellcykeln i två specifika platser: de blockerar fasen mellan den sist division och en start av DNA- replikation (G1-fas) och de blockerar replikationen av DNA (S- fas). Ändå har forskare inte så god förstående av hur den här komponenterna gör det. (Snyder, 2007) 5

6 5. Läkemedelsutveckling 5.1. Vattenextraktion En kommersiell production av podofyllotoxin börjar med insamlingen av växtens underjordiska delar, som is sig medverkar till ett utdöende av naturresurser och begränsning i möjligheten att hålla råmaterial beständigt i en hög kvalitet. En utveckling av extraktionmetoden kan göra att odlad P.peltatum istället kan användas som källa av råmaterial. Bladenn av P. peltatum utgör en fullständigt förnybar resurs som kanske kan används i stället av rotstockar och på så sätt behöver man inte förstöra växten i onödan. För själva extraktionen av Podophyllum finns två huvudsakliga alternativ; med varm etanol som är en energiförlustande process som tar timmar att slutföra, och med vattenextraktion som är snabb, och som nyttjar billiga buffertmedel och som kan utföras i rumstemperaturen. (Canel et al., 2001) Canel et al. har utvecklat en vattenextraktion metod för att isolera podofyllotoxin från Podophyllum spp (Canel et al.,2001). Den här metoden gör det möjligt att podofyllotoxinglykosider, som finns från extrakten, kan förändras till podofyllotoxin (Kartal et al.,2004). Biologiskt aktiva lignaner av P. peltatum är lagrade som inaktiva glykosider i växten, som i många andra växter. Bioaktivering av lignaner händers via deglykolysering. (Dayan et al., 2003) I vattenextraktion blandas först torkat och pulveriserad växtmaterial med kaliumfosfatbuffert i p 7.0 och extrakteras, varpå etylacetat tillsätts. Den organiska fasen och vattenfasen separeras genom centrifugering. Podofyllotoxin återfinns sedan i den organiska fasen. (Kartal et al., 2004) 5.2. Totalsyntes En kemisk syntes är en möjlighet att producera podophyllotoxin och des derivat utan att använda vilda naturpopulationer. Även om flera total synteser har rapporterats och nya approacher fortsätter att komma fram, behöver man dock mer effektivare rutter. (Casey et al., 2004) Totalsyntesen av podofyllotoxiner är dock troligtvis inte en möjlighet ur kommersiell synpunkt, eftersom strukturen innehåller fyra kirala center och en trans-γ-lakton ring. Man har producerat fyra olika rutter för att syntetisera podofyllotoxin derivativer: oxo-ester rutten, dihydroxysyran rutten, tandem konjugation addition rutten eller användning av Diels Alder reaktionen. (Gordaliza et al., 2004) 6

7 Figur 4. Fyra vanliga approacher för att totalsyntetisering av podofyllotoxins derivativer. (Gordaliza et al., 2004) 5.3. Semisyntetiska derivat av podofyllotoxin Podofyllotoxin är en farmakologisk grund för två semisyntetiska derivat: etoposide och teniposide. De är glykosidderivat som har fåtts genom att kondensation av modifierat glukosringar med 4 - demetylpipodophyllotoxin. (Gordaliza et al., 2000) Figur 5. Etoposide (Bohlin och Rósen, 1996) 7

8 S Figur 6. Teniposide (Bohlin och Rósen, 1996) 6. Klinisk effekt och användning Podofyllotoxin är en läkemedel som har virushämmande effekter och också verkan som cytostatikum och antireumatikum. Folkmedicinska användningar av olika podofyllinformer har lett till läkemedels utvecklingsprocesser av moderna läkemedel. Derivat av podofyllotoxin: epidofyllotoxiner etoposid och teniposid, används världsomfattande som antitumör medel. (Bohlin och Rósen,1996) Så är den viktigaste användningen av podofyllotoxin är som ett förstadium för anticancer medel etoposid och teniposid. (Casey et al., 2004) 6.1. Mot genitala vårtor I dag finns podofyllotoxin som läkemedel bara i medicinpreparat mot genitala vårtor i formar av kräm och kutan lösning. Under de senaste fem årtionden har podofyllin och podofyllotoxin använts som en substans i dermatologiska produkter mot genitala vårtor. (Morales et al.,2002) En applikation av höggradigt renat podofyllotoxin botar nästan alla vårtor, helt mindre tid och med mindre biverkningar än andra strategier. Podofyllotoxin har så bevisat att det är effektiv och jämförelsevis tryggt alternativ vid behandling av genitala vårtor. (Gordaliza et al., 2000) 6.2. Som anticancer läkemedel Podofyllotoxin är känt också för dess antineoplastiska aktivitet. Den kliniska användningen av podofyllotoxin och dess analoger som anti-cancer läkemedel begränsas dock av att det finns flera biverkningar. (Gordaliza et al., 2000) På samma sätt som de flesta antineoplastiska medel, har podofyllotoxin och dess derivat, etoposide och teniposide inte specifitet mot tumörceller; de verkar mot alla celler, speciellt mot de som är i aktiv fasen av celldelning. Det är också förklaringen till läkemedlets biverkningar: anemi, flintskalligheten och katarsis bland annat. (Gordaliza et al., 2000) 8

9 Teniposide har större potential mot tumörer än etoposide, men det är också mer cytotoxiskt än etoposide, eftersom teniposide binder sig starkt till proteiner. (Gordaliza et al., 2000) Etoposide har ett brett spektrum av antitumör aktiviteten. Att använda etoposide som vården till cancer har representerats en märkvärdig terapeutisk förbättring i cancerterapi, eftersom det är lätt att administrera och det är speciellt aktiv mot olika typer av tumörer. Det är effektivt till exempel mot testikulär tumör, ovarial och gestational karcinom, olika typer av lungcancer, leukemi, lymfom, urogenitala tumör, sarkom och melanom. (Gordaliza et al., 2000) 6.3. Andra användningar Podofyllotoxin har andra användningar i dermatologi än bara mot genital vårtor; det är också verksamt mot psoriasis vulgaris. Det har också visats vara effektivt mot ledgångsreumatism genom att det reducerar aktivering system av komplementsystem.(gordaliza et al., 2000) Podofyllotoxin är en förstadium för en ny derivativ CP (82), som är testad i Europa i fas III kliniska försöker mot artrit. (Morales et al., 2002) 7. Diskussion Podofyllotoxin är ett gott exempel av naturprodukten som har potentiell som läkemedel. Man har hittat podofyllotoxin från en folkmedicinsk källa och i allmänhet är folkmedicinska användningar god källan för att hitta nya läkemedelsubstanser. Podofyllotoxin är också ett gott exempel av läkemedelsutveckling. Man har utvecklat två potentiella anti-cancer läkemedel etoposid och teniposid från podofyllotoxin. Fast podofyllotoxin är en ganska gammal läkemedel upptäcker man fortfarande nya indikationer för att använda det. Podofyllotoxin har hittat sin plats i behandling av genitala vårtor och som ett förstadium för etoposid och teniposid. Jag tycker att nu måste man koncentrera sig för att utveckla goda alternativ att producera podofyllotoxin från andra källor än P. emodi. Kanske P. peltatum eller andra arter (till exempel Linum arter) kan bjuda en möjlighet för det. 8. Referenslista Bohlin, L. och Rosén, B. Podophyllotoxin derivatives: drug discovery and development. Drug Delivery Today 1996,1, Canel, C., Dayan, F.E., Ganzera, M., Khan, I.A., Rimando, A., Burandt, C.L., Jr., och Moraes, R.M. igh Yield of Podophyllotoxin from Leaves of Podophyllum peltatum by In situ Conversion of Podophyllotoxin 4- -b-d-glucopyranoside. Planta Medica 2001,67,

10 Casey, M. och Keaveney, C.M. A concise stereocontrolled formal total synthesis of (±)-podophyllotoxin using sulfoxide chemistry. Chemical Communications 2004,2, Dayan, F.M., Kuhajek, J.M., Canel, C., Watson, S.B., och Moraes, R.M. Podophyllum peltatum possesses a β-glucosidase with high substrate specificity for the aryltetralin lignan podophyllotoxin. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins & Proteomics 2003,1646, FASS: Läkemedelsindustriföreningen (LIF) FASS.se för förskrivare. Stockholm: LIF Gordaliza, M., Castro, M.A., Miguel del Corral, J.M. och San Feliciano, A. Antitumor Properties of Podophyllotoxin and Related Compounds. Current Pharmaceutical Design 2000, 6, Gordaliza, M., García, P. A., Miguel del Corral, J. M., Castro M. A. och Gómez- Zurita, M. A. Podophyllotoxin: distribution, sources, applications and new cytotoxic derivatives. Toxicon 2004,44, Kartal, M., Konuklugil, B., Indrayanto, G., och Alfermann, A.W. Comparison of different extraction methods for the determination ofpodophyllotoxin and 6- methoxypodophyllotoxin in Linum species. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 2004,35, Morales, R.M., Bedir, E., Barret,., Buradnt C., Jr, Canel, C. och Khan, I.A. Evaluation of Podophyllum peltatum accessions for Podophyllotoxin production. Planta Med 2002,68, Snyder, L.A., Pharmacology of Podophyllotoxin and Related Compounds, Svensson, E., Från purgativ till cytostaticum utveckling av potenta läkemedel ur Podophyllum spp Tunón,., Uppsala Universitet, Fotblad - en mångsidigt läkande ört, Garg, J. M., Flickr,