Rebeccamycin grunden för ett nytt cancerläkemedel

Transkript

1 Rebeccamycin grunden för ett nytt cancerläkemedel Rebecca Englund Biologiskt aktiva naturprodukter, 7.5 hp VT- 12

2 Sammanfattning Rebeccamycin är en sekundär metabolit med antitumöraktivitet och som isolerades från en bakteriekultur. Man såg att extraktet som innehöll rebeccamycin hade signifikant in vivo antitumöraktivitet vid murina tumörtester. Rebeccamycin är en gul, fast produkt med smältpunkt mellan 326 och 330 C. I en studie från 1987 visade man att rebeccamycin förlängde levnadstiden hos möss med leukemi av typen P388 leukemi, L1210 leukemi samt B- 16 melanom. Man har tagit vara på rebeccamycins anticanceregenskaper och försökt gå vidare med substansen men tack vare rebeccamycins dåliga vattenlöslighet har man börjat göra analoger och derivat med bättre fysikaliska egenskaper istället. De nya derivaten av rebeccamycin har en bättre önskad löslighet samt att de fortfarande verkar ha samma grad av anticanceraktivitet kvar. Idag verkar det inte som om rebeccamycin i sig har någon användning utan man har istället dragit nytta av rebeccamycins farmakologiska egenskaper och utvecklat analoger och derivat med bättre fysiologiska och kemiska egenskaper. Rebeccamycinanalogen NSC är ett antibiotikum med antitumöregenskaper. Man har gjort prekliniska studier på substansen och har sett att den har aktivitet mot P388 leukemi, L1210 leukemi, B16 melanom, M5076 retikulum- cell sarkom och även M109 carcinoma lungceller. Detta visar att man har mycket att hämta från naturen och även om en substans inte är perfekt från början så kan man alltid försöka modifiera den för att den ska ha bättre fysiologiska och kemiska egenskaper. 2

3 Innehållsförteckning Sammanfattning... 2 Innehållsförteckning... Fel! Bokmärket är inte definierat. Historia... 4 Hur forskningen startade... 4 Isolering av rebeccamycin... 5 Biologisk aktivitet... 5 Läkemedelsutveckling... 6 Klinisk effekt och användning... 7 Diskussion... 8 Referenser

4 Historia Rebeccamycin är en sekundär metabolit med antitumöraktivitet och som isolerades från en bakteriekultur. Strukturen hos rebeccamycin fick man fram genom att använda flera olika metoder som spektroskopi och röntgenanalyser samt genom syntes (Pearce et al., 1988). Substansen var en ny N- glykosid som innehöll en symetrisk heterocyklisk aglykon med två kloratomer på (Bush et al., 1987). Man upptäckte att rebeccamycin hade en signifikant aktivitet mot P388 leukemi, L1210 leukemi och även B- 16 melanom som hade blivit implanterade i möss där substansen hämmade tillväxten av mänskliga adenocarcinoma lungceller. Rapporter från den tiden pekade mot att rebeccamycin orsakade enkelsträngsbrott i DNA. I en artikel från 1988 anser man att en ökad kunskap inom rebeccamycins biosyntes kan vara användbart för att utforska jäsningsmöjligheter som i sig kan leda till nya substanser som slutligen kan få läkemedelspotential (Pearce et al., 1988). Hur forskningen startade Stammen C- 38,383, en aktinomycet som blivit isolerad från ett jordprov i Panama, valdes ut för att studeras noggrannare på grund av att vätska från kulturen hämmade KBs cellkulturtillväxt (Bush et al., 1987). Aktinomyceter är en stor grupp grampositiva bakterier (Nationalencyklopedin) och KB cellkulturer är speciella celler som används i antitumör- bioassays (Perdue et al., 1982). Produkten som man isolerade från myceliumet från C- 38,383 var kristaller i form av fina, gula nålar. Man upptäckte att denna blandning var löslig i dimetyl sulfoxid och tetrahydrofuran, lösligheten var dålig i vanliga organiska lösningsmedel samt att det var helt olösligt i vatten. Man såg också att blandningen hade signifikant in vivo antitumöraktivitet vid murina tumörtester. Denna nya substans fick namnet rebeccamycin och strukturen kan ses i fig.1 (Bush et al., 1987). 4

5 Figur 1 visar strukturen hos rebeccamycin (Bush et al., 1987) Isolering av rebeccamycin År 1985 lyckades man isolera rebeccamycin genom jäsning av en bakterieart kallad Nocardia aerocoligenes. Rebeccamycin isolerades genom en extraktion av mycelet efter att det fått jäsa ihop med THF. Efter detta gjordes en avdunstning av extraktet och sedan pulveriserade man det fasta råmaterialet med eter. Detta ledde till en råprodukt av rebeccamycin vilken omkristalliserades från THF- MeOH i huvudsyfte att få en ren rebeccamycinprodukt. Rebeccamycin är en gul, fast produkt med smältpunkt mellan 326 och 330 C (Nettleton et al., 1985). Biologisk aktivitet I en studie från 1987 visade man att rebeccamycin förlängde levnadstiden hos möss med leukemi av typen P388 leukemi, L1210 leukemi samt B- 16 melanom. Vid koncentrationen 0,6 µμg/ml hade rebeccamycin 50 % inhibering (IC50) hos humana adenocarcinoma lungceller. Vid koncentrationen 100 µμg/ml såg man att rebeccamycin hade begränsad effekt på RNA och proteinsyntes samtidigt som rebeccamycin hade 43 % inhibiton av DNA- syntes vis samma koncentration. Ju högre koncentrationer av rebeccamycin desto högre hastighet av DNA- brott sker. Ett antimikrobiellt spektrum gjordes av rebeccamycin och det visade att Staphylococcus aureus är känsliga vid 1 µμg/ml och Streptococcus faecalis är känsliga vid 8 µμg/ml. 5

6 De DNA- brott som man har sett att rebeccamycin gör i eukaryota celler verkar uppstå randomatiserat och man tror att rebeccamycins primära effekt är att fragmentera DNA mer än att hämma DNA- syntes (Bush et al., 1987). Läkemedelsutveckling I en artikel säger man att rebeccamycin är en helt ny typ av anticancersubstans och att det haft lovande effekter på vissa cancertyper så man anser att forskningen på rebeccamycin bör fortsätta och utvecklas (Bush et al., 1987). Man har tagit vara på rebeccamycins anticanceregenskaper och försökt gå vidare med substansen men tack vare rebeccamycins dåliga vattenlöslighet har man börjat göra analoger och derivat med bättre fysikaliska egenskaper istället (Kaneko et al., 1990). Vid en sökning av ordet rebeccamycin på pubmed ser man att otroligt många artiklar från 1990 fram tills 2011 handlar om rebeccamycinanaloger och derivat. För att göra rebeccamycin mer vattenlösligt provade man att göra olika strukturändringar. Man introducerade en aminoalkylgrupp, vilken är en vanlig grupp som används till att förbättra en ursprungssubstans fysikal- kemiska egenskaper. Man kunde kontrollera fästpunkten på molekylen med hjälp av rätt miljö så att det ledde till att man alkylerade imidkvävet (Kaneko et al., 1990). Några försök som gjordes kan ses i fig. 2. Salterna som bildas efter att man introducerat aminoalkyler till rebeccamycin gjorde substansen vattenlöslig vid 4 mg/ml medan ursprungssubstansen, rebeccamycin, i princip var olöslig i vatten (<1 µμg/ml). Anticanceraktiviteten mot P388 leukemi kontrollerades hos de fria baserna och salterna. Aktiviteten hos de fria baserna 2 och 3 reduceras inte vid insättning av en aminoalkylgrupp. Förening 4 som är ett salt hade högre potens än grundsubstansen rebeccamycin. Detta visar att de nya derivaten av rebeccamycin har en bättre önskad löslighet samt att de fortfarande verkar ha samma grad av anticanceraktivitet kvar (Kaneko et al., 1990). 6

7 Figur 2 visar syntesen av aminoalkylderivat av rebeccamycin (Kaneko et al., 1990) Klinisk effekt och användning Idag verkar det inte som om rebeccamycin i sig har någon användning utan man har istället dragit nytta av rebeccamycins farmakologiska egenskaper och utvecklat analoger och derivat med bättre fysiologiska och kemiska egenskaper. Rebeccamycinanalogen NSC är ett antibiotikum med antitumöregenskaper. Man har gjort prekliniska studier på substansen och har sett att den har aktivitet mot P388 leukemi, L1210 leukemi, B16 melanom, M5076 retikulum- cell sarkom och även M109 carcinoma lungceller. Den exakta effekten hos NSC är inte fastställd 7

8 ännu. Forskning på rebeccamycin fram till 2011 har lett till att man sett att den verkar som en infogningssubstans som leder till en inhibition av topoisomerase II och att den inducerar ett brott i eukaryota cellers DNA (Nock et al., 2011). Man har börjat studera rebeccamycinanaloger för deras effekt på bland annat patienter med karcinom i gallträdet. I studien såg man att Rebeccamycinanalogen NSC visade en antitumöreffekt hos dessa patienter. NSC befann sig länge i höga koncentrationer i det enterohepatiska kretsloppet. Det tillsammans med att man såg en antitumöraktivitet gjorde att man valde att gå vidare inom läkemedelsutvecklingen med denna substans (Dowlati et al., 2009). Idag verkar det inte finnas något godkänt läkemedel för rebeccamycin eller dess analoger men forskningen pågår ännu och fortfarande verkar rebeccamycinanalogernas terapeutiska område bredda sig. Diskussion Rebeccamycins upptäckt verkar ha bidragit en hel del till cancerforskningen för vissa cancertyper. Genom dess upptäckt har man fått fram en helt ny typ av antitumörsubstans och tack vare människans kunskaper inom kemi och laborativa färdigheter har man lyckats tagit en ursprungssubstans och förbättrat denna utan att gå miste om några farmakologiska effekter. I vissa fall har det även lett till att potensen hos det modifierade ämnet höjts avsevärt om man jämför med ursprungssubstansen. Detta visar att man har mycket att hämta från naturen och även om en substans inte är perfekt från början så kan man alltid försöka modifiera den för att den ska ha bättre fysiologiska och kemiska egenskaper. Att utreda ursprungssubstansen farmakologiska effekter noggrant kan också leda till att man får idéer om nya verksamma områden för analogerna. Man började göra analoger av rebeccamycin tidigt efter upptäckten vilket har bidragit till att analogerna har haft många år inom forskningen. Ännu verkar det dock inte kommit ut något registrerat läkemedel av någon rebeccamycinanalog. Forskningsprocessen och läkemedelsutvecklingen är lång och artiklar om rebeccamycinanaloger började komma ut runt talet. Man behöver troligtvis många studier i ryggsäcken på flera olika analoger för att vara säker på att man går vidare med en substans som har stor chans att i slutändan bli ett läkemedel. Förhoppningsvis kan man se att det kommer ut ett nytt anticancerläkemedel från en rebeccamycinanalog inom de närmsta åren. Allt beror dock på vilka forskningsresultat som man får fram och hur bra substansen är efter alla studier. Efter att ha läst flera nyare artiklar verkar det 8

9 som om NSC har störst chans att bli ett läkemedel i slutändan. Skulle det visa sig att denna inte kommer klara sig hela vägen hoppas jag att man ändå fortsätter med forskningen på rebeccamycin och dess analoger. 9

10 Referenser Bush, J. A., Long, B. H., Catino, J. J., Bradner, W. T., (1987). Production and biological activity of rebeccamycin, a novel antitumor agent, The Journal of Antibiotics 40: Dowlati, A., Posey, J., Ramanathan, R. K., Rath, L., Fu, P., Chak, A., Krishnamurthi, S., Brell, J., Ingalls, S., Hoppel, C. L., Ivy, P., Remick, S. C. (2009). Phase II and pharmacokinetic trial of rebeccamycin analog in advanced biliary cancers, Cancer Chemother Pharmacol 65: Kaneko, T., Wong, H., Utzig, J., Schurig, J., Doyle, T. W. (1990). Water soluble derivatives of rebeccamycin, The Journal of antibiotics 43: Nationalencyklopedin. (inget datum) URL: Nettleton, D. E., Doyle, T. W., Krishnan, B., Matsumoto, G. K., Clardy, J., (1985). Isolation and structure of rebeccamycin a new antitumor antibiotic from Nocardia aerocoligenes, Tetrahedron Letters 26: Nock, C. J., Brell, J. M., Bokar, J. A., Cooney, M. M., Cooper, B., Gibbons, J., Krishnamurthi, S., Manda, S., Savvides, P., Remick, S. C., Ivy, P., Dowlati, A. (2011). A phase I study of rebeccamycin analog in combination with oxaliplatin in patients with refractory solid tumors, Invest New Drugs 29: Pearce, C. J., Doyle, T. W., Forenza, S., Lam, K. S., Schroeder, D. R. (1988). The biosynthetic origins of rebeccamycin, Journal of Natural Products 51: Perdue, R. E. Jr., KB cell culture. I. (1982). Role in discovery of antitumor agents from higher plants, Journal of Natural Products 45: