Vidarabine Aysegul Isik Uppsala Universitet, Vt 2012 Litteraturarbete Biologiskt aktiva naturprodukter 7,5 hp Apotekarprogrammet, termin 8 1
Sammanfattning Vidarabine (9- -D-arabinofuranosyladenine, adenine arabinoside, ara-a) är ett antiviralt läkemedel med marint ursprung. Den upptäcktes först på 50-talet från arabinos innehållande nukleosiderna, spongothymidine och spongouridine från svampen Tethya crypta. Vidarabine inhiberar viralt DNA-polymeras och har effekt mot olika virala sjukdomar, som exempelvis herpes virus och, varicella zoster virus. Det var den första licensierade antivirala nukleosiden av FDA för behandling av herpes infektioner. Marknadsföringen av Vidarabine stoppades dock senare efter tillgång till nyare och bättre antivirala läkemedel med bättre egenskaper. Vidarabine har dock väckt intresse igen då studier har visat bättre egenskaper av denna i form av prodrugs. 2
Innehållsförteckning Sammanfattning... 1 Inledning... 4 Metod... 5 Biologisk aktivitet... 6 Läkemedelsutveckling... 7 Klinisk effekt och användning... 8 Diskussion... 8 Referenslista... 9 3
Inledning Marina svampar utgör en av de viktigaste källorna till farmakologiskt aktiva föreningar som finns i den marina miljön. Det finns ca 8000 arter av svampar som lever i den marina miljön. Marina svampar är en rik källa av potenta naturliga blyföreningar för läkemedelsutveckling. De flesta är sekundära metaboliter som produceras av svamparna. Mer än 5300 olika naturliga föreningar har upptäckts av svampar och tillhörande mikroorganismer (Sagar S. et al., 2010). Det finns ett stort intresse för utveckling av antivirala föreningar då virussjukdomar, som exempelvis HIV, HSV etc. har blivit ett stort hälsoproblem under de senaste decennierna. Flera bly-föreningar från tvättsvamp har befunnits bli lovande som farmaceutiska medel och blivit godkända som antivirala medel för behandling av HIV och HSV. Förmågan hos ett virus att snabbt utveckla resistens mot befintliga läkemedel har drivit fram utvecklingen av nya antivirala läkemedel. Den hittills viktigaste hittade antivirala läkemedlen med marint ursprung är Vidarabine, som är isolerad från svampen Tethya Crypta (Sagar S. et al., 2010). Vidarabine inhiberar viralt DNA-polymeras och har effekt mot infektioner orsakade av olika virus, som exempelvis herpes virus och, varicella zoster virus (Sagar S. et al., 2010). Historisk bakgrund Vidarabine upptäcktes först på 50-talet då två nukleosider spongothymidine och spongouridine isolerades från Karibien svampen Tethya crypta (Tethylidae). Till skillnad från andra nukleosider som innehåller ribos socker innehöll nukleosiderna spongothymidine och spongouridine en arabinos socker. Upptäckten av detta ledde då till syntesen av Vidarabine ( 9- -Darabinofuranosyladenine, adenine arabinoside, ara-a) och till ett antiviralt läkemedel och Ara-C, ett anticancer medel. Vidarabine är en syntetisk analog av spongouridine med förbättrad antiviral effekt.( Figur 1) Den har använts kliniskt för behandling av infektioner orsakad av olika herpesvirus och varicella zoster virus (Sagar S. et al., 2010). Figur 1: Kemisk struktur av Vidarabine (Sagar S. et al., 2010). 4
Vidarabines (Ara-A) första antivirala effekt beskrevs först på år 1964 av Privat de Garilhe och De Roder. Dess kliniska effekt bevisades först på år 1976 av Richard Whitney. Det bekräftades genom kliniska behandlingar av herpes encefalit och andra herpes infektioner. Vidarabine var den första godkända och licensierade antivirala nukleosiden av FDA i USA för behandling av systemiska herpes infektioner (Sagar S. et al., 2010). Metod Vidarabine kan framställas via en enzymatisk process, via katalys av nukleotid fosforylaser (NPs). NP katalyserar fosforyleringen av nukleotiden, adenine och lägger till en socker-1-fosfat och leder därefter bildning av Vidarabine (Figur 2). Antal Vidarabine som kan framställas med denna metod är dock begränsad på grund av snävt substarsspecificitet av NP. Man har dock sätt via studier att man kan syntetisera fram NP och därmed Vidarabine med hjälp av enzymet tymidinfosforylas från bakterien E.coli och andra bakterier (Serra et al., 2010). Figur 2: Framställning av Vidarabine med NP (Serra et al., 2010). Analys av antivirala läkemedel utgör en stor utmaning då de tenderar att vara strukturellt likartade med de endogena substanserna och kräver mycket selektiva tekniker. Selektiva metoder är särskilt viktigt för nukleosidanaloger, som Vidarabine som utöver sin likhet med kroppsegna substanser också kan metaboliseras till produkter som kan ha biologiskt aktivitet. Kromatografiska metoder är ett alternativt selektiv metod för analys av antivirala läkemedel (Riley et al., 1990). 5
High-performance liquid chromatography (HPLC), en hög upplösande vätskekromatografi eller vätske-kromatografi (LC) kan också användas för att detektera och kvantifiera nuleosider med ultraviolett absorption. Den består av en kolonn med stationärfas (fast fas) och en mobil fas. För att detektera Vidarabine packades kolonnen med Beckman ultraspher ODS (Guise et al., 1990). Fluorescens, mass-spektometri (MS) och elektrokemisk detektering (ED) är andra alternativ för LC (Riley et al., 1990). För separation och kvantifiering av Vidarabine kan Reversed-phase system användas, det är en omvänd HPLC. Ion-exchange kromatografi, jon-kromatografi som avskiljer joner och polära molekyler kan också användas för att kvantifiera Vidarabine och dess metaboliter (Riley et al., 1990). Den antivirala aktiviteten av Vidarabine kan bestämmas med hjälp av metoder som exempelvis tunnskiktskromatogrfi (TLC) och Microassay (Yvonne et al., 1978). Biologisk aktivitet Vidarabine verkar genom att hämma viralt-dna syntes genom omvandling till Ara-ATP (adenin arabinosid trifosfat) in vivo genom tristegsfosforylering av kinaser som är kodade av virus. Denna fosforylering måste ske av nukleosidanalogen för att den ska vara aktiv. Ara-ATP är den aktiva formen av Vidarabine och den funkar både som hämmare och en substat för viralt DNApolymeras (Figur 3). Detta leder i sin tur hämning av DNA-polymeras och därmed hämning av virala DNA-syntes av exempelvis herpes virus och varicella zoster-virus. Ara-ATP hämmar också enzymet ribonukleotidreduktas som leder till minskning av nukleotid difosfater (NDP) och ger hämning av virusreplikation ( Sagar S. et al., 2010). Vidarabine har en låg antiviral aktivitet då den snabbt metaboliseras av adenosin-deaminas (ADA) till arabino-furanosyl hypoxantin (ara-h), en metabolit som fortfarande har antiviral effekt, men som är 10 gånger mindre potent (Figur 3). Det har också en lägre lipofilicitet, dålig tarmmembran permeabilitet samt en låg intramuskulär absorption än Vidarabine, vilket gör att stora volymer krävs vid intravenös administrering. Det måste då ges under längre perioder för att nå terapeutisk effekt. Den har också dålig vattenlöslighet vilket försvårar parentala och perorala formuleringar. För att lösa problemet har på senare tid Vidarabin 5`-aminosyra prodrugs syntetiserats. Man har sätt att detta kan ge 10 gånger större selektivitet mot varicella zoster virus (Brian G. et al., 2008). 6
Figur 3; Verkningsmekanism för Vidarabine (Wikipedia, the free encyclopedia) Man har också nyligen rapporterat att prodrugs av Vidarabine kan vara 3 till 5 gånger effektivare mot vaccinia och kokoppor virusen än bredaspektrum antivirala medlet, cidofovir (Wei Shen et al., 2009). I en studie fann man en annan verkningsmekanism för Vidarabine. Man fann att Vidarabine verkar genom att inkorporeras i RNA samt DNA hämmar den initiala RNA reaktionen (Sagar S. et al., 2010). Läkemedelsutveckling Vidarabine syntetiserades för första gången som ett cancer läkemedel. Försöket att förhindra onormal celltillväxt och forskning kring cellulär reproduktion ledde fram till att man insåg att Vidarabine kunde hämma tillväxten av vissa virus och bekräftade dess antivirala effekt. Därefter började man använda Vidarabine som ett antiviralt läkemedel (Sagar S et al,. 2010 & Brian G. et al., 2008) Senare upptäckte man en fluoriderad nukleotid analog, Fludarabine med antineoplastisk aktivitet av Vidarabine. Fludarabine hämmar tillväxten av cancerceller och används för behandling av kronisk lymfatiskt leukemi (KLL), cancer i de vita blodkropparna (lymfocyterna) (Thomas et al., 2006). 7
Som tidigare nämnt ovan kan Vidarabine lätt metaboliseras till hypoxantin (ara-h) analog och på senare tid har man försökt minimera denna omvandling genom att utveckla prodrug av denna, som skyddar denna från metabolisk omvandling (Wei Shen et al., 2009). Klinisk effekt och användning Vidarabine har länge varit ett användbart antiviralt läkemedel för behandling av olika virus infektioner, såsom herpesvirus, poxvirus, rabdoviris, varicella zoster virus och RNA-tumörvirus. Maknadsföringen av Vidarabine som ett antiviralt stoppades efter tillgång till nyare och bättre antivirala läkemedel med bättre egenskaper (Sagar S. et al., 2010). Vidarabine är mer giftiga och mindre metaboliskt stabil än många av de andra nuvarande antivirala medel, ganciklovir och aciklovir. I olika studier har man jämfört kliniska effekten av Vidarabine och andra antivirala läkmedel, som exempelvis aciklovir. Flera studier har visat att aciklovir är mer effektiv antiviralt medel, med lägre toxicitet och biverkningar (Miwa et al., 2005). De vanligaste biverkningarna till Vidarabine var gastrointestinala biverkningar, som exempelvis illamående, kräkningar, diarré etc. samt neurologiska biverkningar som exempelvis skakningar, parestesier, ataxi och kramper (Miwa et al., 2005 & Yvonne et al., 1978). Man har dock fått ökat intresse för Vidarabine då prodrugs av denna visade sig vara 3 till 5 gånger effektivare än bred spektrum antivirala medlet, cidofovir mot vaccinia och kokoppor. 5'- O -D-och L-aminosyra-derivat och 5'- O - (D-och L-aminosyra-metylester fosforamidat) derivat av Vidarabin syntetiserades såsom Vidarabine prodrugs läkemedel (Wei Shen et al., 2009). Man har också sätt att prodrug av Vidrabine kan ge10 gånger större selektivitet mot varicella zoster virus (Brian G. et al., 2008). Diskussion Vidarabine har länge varit användbart som antiviralt läkemedel för behandling av olika virus orsaka infektioner. Flera studier har bekräftat dess effekt mot olika virala sjukdomar. Dess toxiska och mindre metabolisk stabila egenskaper har försvårat användandet och stegvis ersatts med nyare antivirala läkemedel. Marknadsföringen av denna som antiviralt läkemedel har numera stoppats (Sagar S et al., 2010). Vidarabines snabba metabolism till mindre potenta antivirala arahypoxantin har varit den största faktorn (Wei Shen et al., 2009). 8
Vidarabine har fått ett ökat intresse då studier har visat att Vidarabine i from av prodrug läkemedel visat sig vara effektivare för behandling av vissa virus orsakade sjukdomar. Prodrug av vidarabine, 5'- O -D-och L-aminosyra-derivat och 5'- O - (D-och L-aminosyra-metylester fosforamidat) har visat sig kunna effektivare mot vaccinia och kokoppor virus än brett spektrum antivirala medlet, cidofovir. Man såg också att aktivitetn mot dessa virus stärktes 10 gånger i kombinationmed 2 deoxikoformycin (pentostatin, en potent ADA hämmare). Utvecklandet av prodrugs av Vidarabine reducerar de farmaceutiska begränsningarna av denna, såsom dålig löslighet, dålig intestinal transport, snabb metabolism till ara-hypoxantin etc. Den större aktiviteten av prodrugs anses kunna bero på att denna inte är substrat för adenosindeaminas och därmed skyddar Vidarabine från metabolism. Det anses också kunna bero på en snabbar penetration av prodrugs till infekterade celler eller att det funkar som inhibitorer av ADA. Det poängteras dock att det behövs göras in-vivo studier av dessa prodrugs för att se om det överensstämmer med in-vitro studier (Wei Shen et al., 2009). Referenslista Brian G. Gentry, Wei Shen, Julie M. Breitenbach, John Hilfinger, John C. Drach (2008) Vidarabine Prodrugs as Potential Inhibitors of Adenosine Deaminase. Antiviral Research 78:A56 Guise V, Drouin J Y, Benoit J, Mahuteau J, Dumont P, Couvreur P (1990) Vidarabine-loaded nanoparticles: a physicochemical study. Pharmaceutical research 7(7): 736-41 Miwa Naoko, Kurosaki Kunikazu, Yoshida Yoshihiro, Kurokawa Masahiko, Saito Shigeru, Shiraki Kimiyasu (2005) Comparative efficacy of acyclovir and vidarabine on the replication of varicella-zoster virus. Antiviral research 65: 49 55. Riley, Christopher M, Ault, Joseph M, Klutman, Neil E (1990). Chromatographic methods for the bioanalysis of antiviral agents. Journal of Chromatography 531: 295-368 Sagar S, Kaur M, Minneman KP.(2010). Antiviral lead compounds from marine sponges. Marine Drugs. 8(10): 2619-38 9
Serra I, Ubiali D, Albertini A.M, Amati G, Daly S, Terreni M. (2010) Microbial nucleoside phosphorylases as efficient biocatalysts for the synthesis of antiviral and antitumoral nucleosides. Journal of Biotechnology 150: 408 Thomas Elter, Michael Hallek & Andreas Engert (2006). Fludarabine in chronic lymphocytic leukaemia. Informa healthcare 7: 1641-1651 Yvonne J. Bryson, Lawrence Sweetman, James D.Connor (1978) Simple Sensitive Microbioassay for Adenine Arabinoside and Hypoxanthine Arabinoside in Human Plasma. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 14: 909-915 Wei Shen, Jae-Seung Kim, Phillip E. Kish, Jie Zhang, Stefanie Mitchell, Brian G. Gentry, Julie M. Breitenbach, John C. Drach, John Hilfinger.(2009) Design and synthesis of vidarabine prodrugs as antiviral agents. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 19: 792 796. Wikipedia, the free encyclopedia: http://en.wikipedia.org/wiki/vidarabine 10