Cytarabin en naturlig idé

Cytarabin en naturlig idé David Antonsson, apotekarprogrammet, termin 9 Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling, 5p Uppsala Universitet, VT 2006 1

1. Innehållsförteckning 1. Innehållsförteckning 2 2. Historisk bakgrund 3 3. Varför startade man utvecklandet av Cytarabin? 4 4. Metod för extraktion av spongotymidin och spongosin 5 4.1 Spongotymidin 5 4.2 Spongosin 5 5. Biologisk aktivitet 6 6. Läkemedelsutveckling av Cytarabin 7 7. Klinisk effekt och användning 7 7.1 Farmakologi och användning 7 7.2 Biverkningar 8 7.3 Interaktioner 8 8. Avslutning 8 9. Referenslista 10 2

2. Historisk bakgrund Den första typ av föreningar med biologisk aktivitet, hos marina källor, var de så kallade C-nukleosiderna på 50-talet. En svamp, Cryptotheca crypta, från det marina livet i Karibien, producerade C-nukleosiderna. Det dröjde inte länge förrän man upptäckte den antivirala aktiviteten och man framställde syntetiska analoger. Detta fick till följd att man utvecklade Cytarabin i Europa under 60-talet (Cragg et al., 1999). Cytarabin är en så kallad antimetabolit, d v s en molekyl som till strukturen liknar byggstenarna i arvsmassan, men som förhindrar eller stör den naturliga uppbyggnaden. Man fann sedermera att läkemedlet också fungerade kliniskt mot cancer. Det tog något längre tid för läkemedlet att accepteras på andra sidan Atlanten och Cytarabin godkändes och registrerades inte förrän i slutet av 60-talet av Food and Drug Administration. I Sverige registrerades Cytarabin under namnet Cytosar år 1985 av Upjohn. Vad gäller själva läkemedlet har inte så mycket hänt, mer än att det numera finns i en förenklad form, som är lättare för sjukhuspersonal att använda. Det är i så kallad ready to use form och innebär att läkemedlet redan är i lösning och färdigt att användas för infusion. Det är alltså på den galeniska sidan, främst, som Cytarabin har fortsatt att utvecklas (Ljungholm, 2006). Men det har även hänt en del saker efter detta. Läkemedelsjättar, till exempel Orifarm och Lilly, har framställt en rad andra syntetiska analoger (FASS, 2006). Strukturen Cytarabin, som anses ha god effekt mot leukemi, har två fluoratomer istället för en hydroxylgrupp och denna molekyl, gemcitabin, kan då användas mot fasta tumörer, till exempel i lunga (Figur 1). Figur 1. Gemcitabinstrukturen innehåller, till skillnad mot Cytarabin, fluoratomer, vilket ger en förändrad effekt (FASS, 2006). 3

Idag är den här gruppen av läkemedel, antimetaboliter, en av de allra viktigaste i onkologens arsenal för att bekämpa cancer. Förhoppningsvis kan fortsatt screening av vattenlevande organismer ske för att om möjligt finna andra intressanta utgångsmaterial för att studera aktivitet mot sjukdomar (Bergmann och Feeney, 1951; Schwartsmann et al., 2001; Schwartsmann et al., 2003). 3. Varför startade man utvecklandet av Cytarabin? Cancer är ingen ny sjukdom utan har alltid funnits. Den har dock blivit vanligare på så sätt att populationen blivit allt äldre. Under 1940-talet användes senapsgaserna som stridsgaser, men i samband med detta upptäcktes att senapsgaserna också hade en cytotoxisk effekt. Då kom uppkom tanken att kunna använda denna typ av substans som cancerbehandling. Man behandlade faktiskt också en patient med lymfom, kliniskt, med en sådan substans. Tumören krympte, men växte sedan till sig igen. Men potentialen hos denna typ av föreningar undgicks inte. Detta i sin tur ledde till en start på forskning efter nya och alternativa läkemedel mot cancer. Idag finns det en mängd olika läkemedel med ett antal olika verkningsmekanismer (SBU, 2006). Cytarabin, som är en antimetabolit, utvecklades efter upptäckten av spongosin och spongotymidin. Man hade sett att substanserna hade effekt mot vissa typer av virus, men det framförallt viktigaste var effekterna på celldelning. För att renodla denna effekt syntetiserade man en analog, Cytarabin. Men det är fortfarande så att Cytarabin är en storsäljare och eftersom det använts under såpass lång tid har man en god uppfattning om dess både svaga sidor, exempelvis dess biverkningar och korta halveringstid, och dess starka sidor, exempelvis den höga effektiviteten vid behandling av leukemier hos barn (Ljungholm, 2006). 4

4. Metodbeskrivning för extraktion av spongotymidin och spongosin Nedan följer en metodbeskrivning för extraktion och isolering av molekyler som sedermera skulle komma användas som templat för en syntetisk analog, Cytarabin. Metoden beskrevs av upptäckaren Feeney själv, under tidigt 50-tal. Han kallade dessa nyfunna molekyler för spongosin och spongotymidin i sin doktorsavhandling. Han använde sig av två nästan likadana extraktionsmetoder för att isolera de båda typerna av föreningar. 4.1 Spongotymidin Isoleringen av substansen spongotymidin började med att svamparna lades i formalin och sedan torkades med vakuum i 60 grader. För att isolera lipiderna, ur den marina svamp man hittat i Florida, användes aceton i en så kallad Soxhlet apparat. Under denna process fann man bildandet av ett kristallint material som utgjorde ca 2% av den ursprungliga torra materialet. Kristallerna kokades i etanol och sedan följde en upplösning av produkten med varmt vatten. Lösningen som då bildades behandlades i sin tur med aktivt kol. Sedan följde en filtrering och långsam avkylning. Klara kristaller erhölls i klungor. Man gick även vidare härifrån och fraktionerade upp med hjälp av förångning och omkristallisering med 50% etanol ytterligare föreningar som hade liknande egenskaper. Proceduren upprepades tre gånger och till slut fick man spongotymidin efter omkristallisering med vatten. 4.2 Spongosin För att isolera spongosin lät man acetonextraktet vid isoleringen av spongotymidin långsamt förångas i rumstemperatur och koncentreras. Då fann man ett ämne med ett annat utseende än tidigare. Efter ett antal omkristalliseringar med etanol och vatten fann man spongosin (Bergmann och Feeney, 1951). 5

5. Biologisk aktivitet Cytarabin (Figur 1), 1-(β-D-Arabinofuranosyl)cytosin, är beroende av dess omvandling till en trifosfat och medföljande inkorporering av molekylen i den växande DNA-strängen med DNA polymeras. Detta leder till att kedjan sluts och det sker en fragmentering av DNA. Dessutom inducerar Cytarabin apoptos i celler. Två av Cytarabins nackdelar för användning kliniskt är låga nivåer i plasma och hög känslighet för enzymatisk nedbrytning. Men man har gjort saker för att komma runt detta genom att maskera molekylens aminogrupp med lipofila substituenter. Det har syntetiserats mängder av prodrugs för att undkomma bekymren med Cytarabin (Manfredini et al., 2000). Figur 2. Cytarabin utvecklad från farmakoforen funnen i Cryptotheca theca (FASS 2006). Effekten av den biologiska aktiviteten blir minskad celldelning och minskade mängder virus. Vilken typ av nytta denna aktivitet skulle ha hos ursprungsorganismen är hittills okänt. Men det är ju än dock intressant att spekulera i om farmakoforen kan ha även andra, oupptäckta effekter än den farmakologiska som hittills varit målet. Vad gäller farmakokinetiken så omvandlas, som beskrivet ovan, Cytarabin till cytarabin-trifosfat i leukemicellerna. Cytarabin metaboliserar till uridinarabinosid och utsöndras nästan fullständigt i urinen. Metabolismen går fort och detta är, som nämnts tidigare, en av anledningarna till att läkemedlet ges kontinuerligt av sjukvårdspersonal. 6

6. Läkemedelsutveckling av Cytarabin Cytarabin är ett sedan länge beprövat läkemedel, men dessvärre har det inte hänt mycket med dess utveckling. Någon förändring har, som tidigare nämnts, inneburit fördelar vad gäller administreringen. Dessutom har analoger tillkommit, som till exempel gemcitabin. Det har inneburit en viss förändring i indikation, men i övrigt har det inte skett mycket vad gäller det här läkemedlet på mycket länge (Ljungholm, 2006). Det som också har utvecklats med ett så pass gammalt läkemedel som Cytarabin är kunskapen. Idag gör man kliniska prövningar där man försöker kombinera olika preparat, inkluderande Cytarabin, i behandlingen mot cancer. Detta gör att biverkningsfrekvensen kan gå ner, p g a behandling med lägre doser av vardera preparatet, och behandlingen tolereras då bättre av känsligare patienter (Woehrer et al., 2005). 7. Klinisk effekt och användning 7.1 Farmakologi och användning Cytarabin är ett läkemedel designat för behandling mot leukemi. Läkemedlets indikation omfattar även de svåraste varianterna av leukemi, till exempel Richters syndrom, men har också effekt mot till exempel DNA-virus (Tsimberidou och Keating 2006). Cytarabin har effekt på både vuxna och barn. Som tidigare nämnts, ges läkemedlet till patienten via infusion och Cytarabin används alltså då inte av patienten på egen hand. Cytarabins korta halveringstid gör att läkemedlet måste tillföras kontinuerligt, exempelvis som infusion. Under behandlingen måste labbvärden kontrolleras. Bland dessa labbvärden ingår diverse blodvärden, till exempel leukocyter. Det är inte ovanligt med blodtransfusioner under behandlingen. Den farmakologiska effekten består i minskade tumörer och minskad celldelning och mekanismen för detta, den farmakodynamiska, är att Cytarabin till sin struktur påminner om en nukleosid som kallas deoxicytidin. Analogen hämmar DNA-syntesen och verkar cytostatiskt på både DNA-virus och celler. Cytarabin har vidareutvecklats 7

för behandling mot fasta tumörer. Detta har man gjort genom att inkorporera två fluoratomer i molekylen, läkemedlet gemcitabin, och denna förändring får alltså konsekvenser för effekten. 7.2 Biverkningar Cytarabins biverkningar är otrevliga och vanliga. Det är dock gemensamt med de flesta, om inte alla, cytostatika. Gastro-intestinala biverkningar liksom påverkan på blod och feberkänsla är några av de allra vanligaste. Feberkänslan och dess symptom går att lindra med samtidig behandling med kortikosteroider. En biverkning som anses vara karakteristisk eller utmärkande, även om den är ovanlig, är cerebellär eller cerebral dysfunktion. Lyckligtvis är denna i de allra flesta fall reversibel. 7.3 Interaktioner Det är positivt att Cytarabin inte interagerar med så många läkemedel egentligen bara en handfull. Dessa är digoxin, ett läkemedel för behandling av hjärtsvikt, där man sett att absorptionen minskat för detta läkemedel. Cytarabin interagerar dessutom med gentamicin, ett antibiotikum, där detta läkemedels antibakteriella effekt minskar. Detta har dock setts in vitro (FASS, 2006). 8. Avslutning Cytarabin är det första läkemedel som utvecklats från en marin växt. Läkemedlet har förfinats på syntetisk väg och idag finns det flera strukturella analoger. De senaste åren har det dock inte hänt särskilt mycket vad gäller utvecklingen. Det behöver dock inte betyda att utvecklingen inte kan ta fart igen. Idag är Cytarabin ett av flera läkemedel som har den tuffa uppgiften att utgöra onkologens vapen, i kriget mot en av vår tids allra vanligaste sjukdomar, cancer. 8

Världshaven upptar 70% av jordens yta och det är ett tidsödande och dyrt projekt att leta efter marina växter. Men för den sakens skull finns det egentligen ingenting som säger att det där inte skulle kunna finnas än mer effektiva redskap för onkologerna. Allt som behövs är att skrapa lite på ytan 9

9. Referenser Bergmann W. och Feeney R. J. Contribution to the study of marine sponges. 32. The nucleosides of sponges. J. Org. Chem. 1951 16,981-987. Cragg G. M., Boyd M. R., Khanna R., Kneller R., Mays T. D., Mazan K. D., Newman D. J. och Sausville E. A. International collaboration in drug discovery and development: the NCI experience. Pure Appl. Chem. 1999 71,1619-1633. FASS. 2006. URL: http://www.fass.se Kristina Ljungholm. Medical information officer, Pfizer AB. E-mailkontakt. 2006. Manfredini S., Marastoni M., Tomatis R., Durini E., Spisani S., Pani A., Marceddu T., Musiu C., Marongiu M. E. och La Colla P. Peptide T-araC conjugates: solid-phase synthesis and biological activity of N4-(acylpeptidyl)-araC. Bioorg. Med. Chem. 2000 8, 539-547. Schwartsmann G., da Rocha A. B., Berlinck R. G. S. och Jimeno J. Marine organisms as a source of new anticancer agents. The Lancet Oncology 2001 2, 221-225. Scwartsmann G., da Rocha A. B., Mattei J. och Lopes R. M. Marine-derived anticancer agents in clinical trials. Expert Opin. Invest. Drugs 2003 12,1367-1383. SBU, Statens beredning för medicinsk utvärderings, publikation om cytostatikabehandling. 2006. URL: http://www.sbu.se/filer/content0/publikationer/1/cytostatika_2001/cyto_kap2.pdf Manfredini S., Marastoni M., Tomatis R., Durini E., Spisani S., Pani A., Marceddu T., Musiu C., Marongiu M. E. och La Colla P. Peptide T-araC conjugates: solid-phase synthesis and biological activity of N4-(acylpeptidyl)-araC. Bioorg. Med. Chem. 2000 8, 539-547. 10

Tsimberidou A. M. och Keating M. J. Richter s transformation in chronic lymphocytic leukemia. Semin. Oncol. 2006 33,250-256. Woehrer S., Hejna M., Skrabs C., Drach J., Zielinski C. C., Jaeger U. och Raderer M. Rituximab, Ara-C, dexamethasone and oxaliplatin is safe and active in heavily pretreated patients with diffuse large B-cell lymphoma. Oncology 2005 69,499-502. 11